降压型DCDC开关电源的研究与设计.docVIP

. . 物电学院开关电源技术课程实践报告 《降压型DC/DC开关电源的研究与设计》 姓名： 刘鹏飞 学号： 131103034 学院：物理与电气工程学院 日期： 2015年12月26日 指导老师： 许树玲 降压型DC/DC开关电源的研究与设计 摘 要： 随着开关电源技术的迅速发展，DC/DC开关电源已在通信、计算机以及消费类电子产品等领域得到了广泛应用。近年来，电池供电便携式设备的需求越来越大，对DC/DC开关电源的需求也日益增大，同时对其性能要求也是越来越高。 本文设计了一款降压型DC/DC开关电源电路。首先详细的分析和阐述了降压型转换器的电路拓扑和工作原理，根据系统性能设计了电路的整体框图。然后对电路的各个模块进行了分析和设计，包括输入电路，降压电路和显示电路。 关键词： 开关电源；降压型；DC/DC转换 . . 1 开关电源现状及前景 1.1 国内外开关电源的发展状况 电源管理芯片市场的品牌构成仍是国外厂商处于领先地位，市场排名前十的企业无一例外全部为外资企业，其中美国厂商优势明显。国外开发电源管理芯片的厂商很多，主要有NCP、IR、MAXIM、ST、TI、PI等，他们的产品都已经非常成熟能够提供高质量、全系列的电源管理芯片。在非隔离的DC/DC转换技术中，TI公司的预检测栅驱动技术采用数字技术控制同步BUCK，转换效率高达97%，其中TPS40071等是其代表产品。在电源数字化方面走在前面的公司有TI和Microchip，TI公司已经用TMS320C28F10制成了通讯用的48V输出大功率电源模块，其中PFM和PWM部分完全为数字式控制。 2 DC/DC降压型开关电源设计 本电路主要包括变压器降压，桥式整流电路，滤波电路，降压电路，AD转换电路，和数字显示构成。其中降压电路是一种高效的三增益开关电源DC/DC降压变换器。从1V起调的稳压电源，电路使用时，只须调节电源电压调节器（可调电阻），即可得到 1V-20V之间所需的电压。系统结构框图如图12所示 220V交流电输入 变压器降压数字显示AD转换电路 变压器降压 数字显示 AD转换电路 降压电路 滤波电路 桥氏整流电路 图1 DC/DC降压型开关电源的结构框图 本电源电路是实现把220V交流电源变换成1V-20V连续可调的稳压电源，它的工作原理是：经过降压、整流、滤波、稳压后输出直流电压，当对转换电容阵列进行不同设定时，通过改变分压比，可以得到一个1V-20V的连续可调直流电压。电路的最大输出电流为 1A，电压调整率≤0.2%，纹波电压（峰-峰值）≤20mV，效率≥85%[20][21]。 2.1 DC/DC降压电路的设计 本文所设计的DC/DC降压电路是一种高效三增益开关电源DC/DC降压电路，其电路原理图如图13所示 图2高效三增益开关电源DC/DC降压电路原理框图 该电路具有两个主要回路：脉频调制回路（PFML）和增益跳转回路（GHL）。PFML由基准信号产生器（reference generator），振荡比较器（comparator skip）,振荡器（oscillator）,开关控制模块（switch control block）组成。GHL由基准信号产生器（reference generator），比较跳转器（comparator hop）,增益控制模块（gain control block）, 开关控制模块（switch control block）和转换电容阵列（switch array block）组成。 该电路将输出信号和基准信号产生器产生的基准信号在两个比较器中进行比较，比较后产生的信号skip为增益控制模块提供时序信号。该时序信号和信号hop共同控制增益控制模块（2/4译码器），产生增益选择信号C,G,C-,G-,控制转换电容阵列产生不同稳定电压输出（1-20V），即可达到电路降压要求。 图3 转换电容阵列电路 2.2 交流电压转换电路 由于所需的直流电压比起电网的交流电压在数值上相差较大，所以，AC/DC转换后的电压设为 24V-40V，才能达到要求输出的电压为 1V-20V， 即该部分电路采用变压器 TRANS 把220V交流市电变为约20V的低压交流电，作为电源的输入电压，变压器原辅线圈的匝数比为：N1/N2 = U1/U2= 220V/20V≈11/1 电路中的保险丝F1可起到保护电源的作用，当电流I0.5A 时，保险丝熔