【正文】 個穩(wěn)定的電源，本文系統(tǒng)介紹了一種較為實惠又很先進的穩(wěn)壓穩(wěn)流輸出單片開關(guān)電源。在這方面我國與世界先進國家的差距很大，作為一個電源工作者，不僅要設(shè)計出國際或國內(nèi)先進的電源，還要考慮到電源的適應(yīng)性以及電源的成本。基于單片機開關(guān)電源及PCB設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 ……………………………………………………………………………………IAbstract …………………………………………………………………………………II第1 章 緒 論 ……………………………………………………………………………11．1 概述 ……………………………………………………………………………11．2 開關(guān)電源的發(fā)展簡況 …………………………………………………………11．3 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢 …………………………………………………………2第2章 方案論證 …………………………………………………………………………32．1 概述 ………………………………………………………………………………32．2 系統(tǒng)總體框圖 ……………………………………………………………………32．3 工作原理 …………………………………………………………………………32．3．1 TOPSwitchII的結(jié)構(gòu)及工作原理………………………………………32．3．2 單片開關(guān)電源電路基本原理 …………………………………………5第3章 單片開關(guān)電源的設(shè)計 ……………………………………………………………73．1 概述 ………………………………………………………………………………73．2 單片開關(guān)電源參數(shù)的設(shè)計 ………………………………………………………73．3 單片開關(guān)電源中電子元器件的選擇 …………………………………………153．3．1 選擇鉗位二極管和阻塞二極管 ……………………………………153．3．2 輸出整流管的選取 …………………………………………………183．3．3 輸出濾波電容的選取 ………………………………………………193．3．4 反饋電路中整流管的選取 …………………………………………203．3．5 反饋濾波電容的選取 ………………………………………………203．3．6 控制端電容及串聯(lián)電阻的選擇 ……………………………………203．3．7 TL431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器的選擇 …………………………203．3．8 光耦合器的選擇 ……………………………………………………213．3．9 自恢復(fù)保險絲的選擇 ………………………………………………23 3．4 單片開關(guān)電源保護電路的設(shè)計 ………………………………………………243．4．1 輸出過電壓保護電路的設(shè)計 ………………………………………243．4．2 輸入欠電壓保護電路的設(shè)計 ………………………………………253．4．3 軟啟動電路的設(shè)計 …………………………………………………263．4．4 電壓及電流控制環(huán)電路的設(shè)計 ……………………………………263．4．5 無損緩沖電路 ………………………………………………………283．4．6 采用繼電器保護的限流保護電路 …………………………………283．4．7 IGBT驅(qū)動電路 ………………………………………………………293．5 電磁干擾濾波器的設(shè)計 ………………………………………………………29 3．5．1 開關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生的機理 ……………………………………30 3．5．2 開關(guān)電源EMI的特點 ………………………………………………30 3．5．3 EMI測試技術(shù) ………………………………………………………30 3．5．4 抑制干擾的措施 ……………………………………………………31 3．5．5 電磁干擾濾波器的構(gòu)造原理 ………………………………………33 3．5．6 電磁干擾濾波器的基本電路及典型應(yīng)用 …………………………33 3．5．7 EMI濾波器在開關(guān)電源中的應(yīng)用 …………………………………34第4章 PCB電磁兼容性設(shè)計 ……………………………………………………………364．1 概述 ……………………………………………………………………………364．2 PCB上元器件布局 …………………………………………………………374．3 PCB布線 ……………………………………………………………………384．4 PCB板的地線設(shè)計 …………………………………………………………464．5 模擬數(shù)字混合線路板的設(shè)計…………………………………………………484．6 PCB設(shè)計時的電路措施 ……………………………………………………49第5章 單片開關(guān)電源印制線路板的設(shè)計 ………………………………………………515．1 概述 ……………………………………………………………………………515．2 Protel99簡介 …………………………………………………………………52 5．3 印制線路板的設(shè)計 ……………………………………………………………525．3．1 設(shè)計印制線路板的條件 ……………………………………………525．3．2 設(shè)計印制板的步驟 …………………………………………………535．3．3 元件布局 ……………………………………………………………535．3．4 布線 …………………………………………………………………535．4 單片開關(guān)電源印制線路板的設(shè)計 ……………………………………………555．4．1 單片開關(guān)電源原理總圖 ……………………………………………555．4．2 單片開關(guān)電源PCB設(shè)計圖 …………………………………………55結(jié)束語 ……………………………………………………………………………………56參考文獻 …………………………………………………………………………………57致 謝 …………………………………………………………………………………59附 錄 …………………………………………………………………………………60單片開關(guān)電源及PCB設(shè)計單片開關(guān)電源及PCB設(shè)計摘 要：電力電子技術(shù)已發(fā)展成為一門完整的、自成體系的高科技技術(shù)，電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動了電源技術(shù)的發(fā)展，而電源技術(shù)的發(fā)展有效地促進了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。只有具有先進性能的電源，加上合理的制作成本，才能使我國的電源產(chǎn)業(yè)趕超發(fā)達國家。關(guān)鍵詞：單片開關(guān)電源。s labor productivity, namely improve an output level of national unit39。開關(guān)電源（Switching Power Supply）自問世以來，就以其穩(wěn)定、高效、節(jié)能等優(yōu)良性能而成為穩(wěn)壓電源的主要產(chǎn)品。 開關(guān)電源的發(fā)展簡況開關(guān)電源被譽為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。90年代以來，國外又研制出開關(guān)頻率達1MHz的高速PWM、PFM（脈沖頻率調(diào)制）芯片，典型產(chǎn)品如UC182UC1864。其特點是將脈寬調(diào)制器、功率輸出級、保護電路等集成在一個芯片中，使用時需配工頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于制作低壓輸出（～40V）、大中功率（400W以下）、大電流（～10A）、高效率（可超過90%）的開關(guān)電源。該公司于1998年又推出了高效、小功率、低價格的四端單片開關(guān)電源TinySwitch系列。Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端，1957年美國查賽（Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，1964年美國科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用于以電子計算機為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。這樣，不僅會影響周圍電子設(shè)備，還會大大降低電源本身的可靠性。我們這次畢業(yè)設(shè)計主要是研究TOPSwitchII開關(guān)電源以及相關(guān)的PCB設(shè)計制作，力圖使電路簡單且易于調(diào)試，盡最大可能的方便用戶的使用。 工作原理 TOPSwitchII的結(jié)構(gòu)及工作原理TOPSwitchII器件為三端隔離反激式脈寬調(diào)制單片開關(guān)電源集成電路，但與其第一代產(chǎn)品相比，它不僅在性能上有進一步改進，而且輸出功率有顯著提高，現(xiàn)已成為國際上開發(fā)中、小功率開關(guān)電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路。 TOPSwitchII的管教排列圖TOPSwitchII的三個管腳分別為控制信號輸入端C（CONTROL）、主電源輸入端D（DRAIN）、電源公共端S（SOURCE），其中S端也是控制電路的基準(zhǔn)點。 TOPSWitchII的基本工作原理是利用反饋電流Ic來調(diào)節(jié)占空比D，達到穩(wěn)壓目的。（實際電路中C腳外部應(yīng)接入電容，以電容的充電過程控制Vc逐步升高，以完成電路的軟啟動過程），其PWM反饋控制回路由Rc、比較器A1和F1等元件組成，控制極電壓Vc為控制電路提供電源，同時也是PWM反饋控制回路的偏置電壓，A2輸出高電平，與此同時PWM控制電流經(jīng)電阻R與振蕩器輸出的鋸齒波電流分別輸入PWM比較器A4的+/輸入端，這時因反饋電流較小從A3反向端輸入的鋸齒波信號經(jīng)門電路G3和G4送至RS觸發(fā)器B2的復(fù)位端+在鋸齒波信號和時鐘信號的共同作用下RS觸發(fā)器的輸出端Q被置為高電平，門極驅(qū)動信號（PWM信號）經(jīng)G6，G7兩次反相，送到開關(guān)管F2的柵極，開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，A2輸出高電平驅(qū)動電子開關(guān)動作，控制電路的供電切換至內(nèi)部電源；正常工作時TOPSwitch器件通過外圍電路形成電壓負反饋閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。TOPSwitch器件通過預(yù)置V1m值來實現(xiàn)過流保護。由圖可見，高頻變壓器觸及繞組Np的極性（同名端用黑圓點表示），恰好與次級繞組Ns、反饋繞組NF的極性相反。交流電壓u經(jīng)過整流濾波后得到直流高壓UI，經(jīng)初級繞組加至TOPSWitchII的漏極上。目前國際上流行采用配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路。反之亦然[3]。TOPSwitchII器件集PWM信號控制電路及功率開關(guān)場效應(yīng)管（MOSFET）于一體，只要配以少量的外圍元器件，就可構(gòu)成一個電路結(jié)構(gòu)簡潔、成本低、性能穩(wěn)定、制作及調(diào)試方便的單端反激式單片開關(guān)電源。在此，我們選取Z=。CIN值選的過低，會使UImin的值大大降低，而輸入脈動電壓UR卻升高。表1 反饋電路的類型及UFB的參數(shù)值反饋電路類型UFB/VUo的準(zhǔn)確度/（%）Sv/（%）SI/（%）基本反饋電路177。5177。177。表2 確定CIN、UImin值u/VPo/W比例系數(shù)/（μF/W）CIN/μFUImin/V固定輸入：100/115已知2~3（2~3）(4) 確定UOR、UB的值表3 確定UOR、UB值u/V初級感應(yīng)電壓UOR/V鉗位二極管反向擊穿電壓UB/V固定輸入：100/1156090通用輸入：85~265135200固定輸入：230177。由于上述不利情況同時出現(xiàn)，極易損壞芯片，因此需給初級增加鉗位保護電路。(6) 確定初級紋波電流IR與初級峰值電流IP的比值KRP定義比例系數(shù) （）表4 根據(jù)u來確定KRPu/VKRP最小值（連續(xù)模式）最大值（不連續(xù)模式）固定輸入：100/115通用輸入：85~265固定輸入：230177。(9) 初級電感量Lp的計算在每個開關(guān)周期內(nèi)，由初級傳輸給次級的磁場能量變化范圍是189。初級電感量由下式?jīng)Q定： （）式中，Lp的單位是μH。若采用三重絕緣線，則選EF30型磁芯。b=。(12) 計算初級匝數(shù)Np （）已知Ns=15匝，UOR=135V，Uo=24V，UF1=，將這些值一同帶入式（），可求得Np=，實取83匝?？鄢崞ず螅泱w導(dǎo)線的內(nèi)徑DPm=。若J﹤4 A/mm2，宜選較細的導(dǎo)線和較小的磁芯骨架，使J﹥4 A/mm2，亦可適當(dāng)增加NS的匝數(shù)。一并代入式（）中，得到BM=。一并代入式（）得到，δ=。因此，計算次級有效值電流ISRMS時，需將式（）中的IRMS、Ip、Dmax依次換成ISRMS、ISP、（1Dmax）。與單股粗導(dǎo)線繞制方法相比，雙線并饒能增大次級繞組的等效橫截面積，改善磁場耦合程度，減少磁場泄感及漏感。(23) 確定次級整流管、反饋電路整流管的最高反向峰值電壓：U（BR）S、U（BR）FB有公式 （） （）將Uo=24V，UFB=12V，UImax=375V，Ns=15匝，Np=83匝，NF=8匝，分別代入式（）和式（）中計算出，U（BR）S=，U（BR）FB=。5960變壓器次級繞組設(shè)計參數(shù)61ISPA次級繞組峰值電流62ISRMSA次級繞組有效值電流63IOA直流輸出電流64IRIA輸出濾波電容上的紋波電流6566SSminmm178。由于它的響應(yīng)速度極快、鉗位電壓穩(wěn)定、體積小、價格低，因此可作為各種儀器儀表、自控裝