【正文】 很大，作為一個電源工作者，不僅要設計出國際或國內先進的電源，還要考慮到電源的適應性以及電源的成本。畢 業(yè) 論 文題 目： 電氣自動化畢業(yè)論文 單片開關電源及PCB設計 系： 電氣與信息工程系 目 錄摘 要 ……………………………………………………………………………………IAbstract …………………………………………………………………………………II第1 章 緒 論 ……………………………………………………………………………11．1 概述 ……………………………………………………………………………11．2 開關電源的發(fā)展簡況 …………………………………………………………11．3 開關電源的發(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的結構及工作原理………………………………………32．3．2 單片開關電源電路基本原理 …………………………………………5第3章 單片開關電源的設計 ……………………………………………………………73．1 概述 ………………………………………………………………………………73．2 單片開關電源參數(shù)的設計 ………………………………………………………73．3 單片開關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 自恢復保險絲的選擇 ………………………………………………23 3．4 單片開關電源保護電路的設計 ………………………………………………243．4．1 輸出過電壓保護電路的設計 ………………………………………243．4．2 輸入欠電壓保護電路的設計 ………………………………………253．4．3 軟啟動電路的設計 …………………………………………………263．4．4 電壓及電流控制環(huán)電路的設計 ……………………………………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驅動電路 ………………………………………………………293．5 電磁干擾濾波器的設計 ………………………………………………………29 3．5．1 開關電源電磁干擾產生的機理 ……………………………………30 3．5．2 開關電源EMI的特點 ………………………………………………30 3．5．3 EMI測試技術 ………………………………………………………30 3．5．4 抑制干擾的措施 ……………………………………………………31 3．5．5 電磁干擾濾波器的構造原理 ………………………………………33 3．5．6 電磁干擾濾波器的基本電路及典型應用 …………………………33 3．5．7 EMI濾波器在開關電源中的應用 …………………………………34第4章 PCB電磁兼容性設計 ……………………………………………………………364．1 概述 ……………………………………………………………………………364．2 PCB上元器件布局 …………………………………………………………374．3 PCB布線 ……………………………………………………………………384．4 PCB板的地線設計 …………………………………………………………464．5 模擬數(shù)字混合線路板的設計…………………………………………………484．6 PCB設計時的電路措施 ……………………………………………………49第5章 單片開關電源印制線路板的設計 ………………………………………………515．1 概述 ……………………………………………………………………………515．2 Protel99簡介 …………………………………………………………………52 5．3 印制線路板的設計 ……………………………………………………………525．3．1 設計印制線路板的條件 ……………………………………………525．3．2 設計印制板的步驟 …………………………………………………535．3．3 元件布局 ……………………………………………………………535．3．4 布線 …………………………………………………………………535．4 單片開關電源印制線路板的設計 ……………………………………………555．4．1 單片開關電源原理總圖 ……………………………………………555．4．2 單片開關電源PCB設計圖 …………………………………………55結束語 ……………………………………………………………………………………56參考文獻 …………………………………………………………………………………57致 謝 …………………………………………………………………………………59附 錄 …………………………………………………………………………………6045 / 51單片開關電源及PCB設計摘 要：電力電子技術已發(fā)展成為一門完整的、自成體系的高科技技術，電力電子技術的發(fā)展帶動了電源技術的發(fā)展，而電源技術的發(fā)展有效地促進了電源產業(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業(yè)趕超發(fā)達國家。關鍵詞：單片開關電源。s labor productivity, namely improve an output level of national unit39。開關電源（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)壓電源的主要產品。 開關電源的發(fā)展簡況開關電源被譽為高效節(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)壓電源的主流產品。90年代以來，國外又研制出開關頻率達1MHz的高速PWM、PFM（脈沖頻率調制）芯片，典型產品如UC182UC1864。其特點是將脈寬調制器、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年美國科學家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關電源的設想，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，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業(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備，還會大大降低電源本身的可靠性。我們這次畢業(yè)設計主要是研究TOPSwitchII開關電源以及相關的PCB設計制作，力圖使電路簡單且易于調試，盡最大可能的方便用戶的使用。 工作原理 TOPSwitchII的結構及工作原理TOPSwitchII器件為三端隔離反激式脈寬調制單片開關電源集成電路，但與其第一代產品相比，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點。 TOPSWitchII的基本工作原理是利用反饋電流Ic來調節(jié)占空比D，達到穩(wěn)壓目的。（實際電路中C腳外部應接入電容，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門電路G3和G4送至RS觸發(fā)器B2的復位端+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，門極驅動信號（PWM信號）經G6，G7兩次反相，送到開關管F2的柵極，開關管處于開關狀態(tài)，A2輸出高電平驅動電子開關動作，控制電路的供電切換至內部電源；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，調節(jié)開關管的占空比實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。TOPSwitch器件通過預置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經過整流濾波后得到直流高壓UI，經初級繞組加至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場效應管（MOSFET）于一體，只要配以少量的外圍元器件，就可構成一個電路結構簡潔、成本低、性能穩(wěn)定、制作及調試方便的單端反激式單片開關電源。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的計算在每個開關周期內，由初級傳輸給次級的磁場能量變化范圍是189。初級電感量由下式決定： （）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。扣除漆皮后，裸體導線的內徑DPm=。若J﹤4 A/mm2，宜選較細的導線和較小的磁芯骨架，使J﹥4 A/mm2，亦可適當增加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65