【導(dǎo)讀】未定義書簽。未定義書簽。未定義書簽。未定義書簽。未定義書簽。未定義書簽

　　

【正文】 界先進(jìn)國(guó)家的差距很大，作為一個(gè)電源工作者，不僅要設(shè)計(jì)出國(guó)際或國(guó)內(nèi)先進(jìn)的電源，還要考慮到電源的適 應(yīng)性以及電源的成本。只有具有先進(jìn)性能的電源，加上合理的制作成本，才能使我國(guó)的電源產(chǎn)業(yè)趕超發(fā)達(dá)國(guó)家。這里著重介紹了基于 TOP252Y的單片開關(guān)電源，通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的電力電子技術(shù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了將普通市電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定地 電壓電流輸出 。首先介紹開關(guān)電源的含義，開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（ PWM）控制 IC和 MOSFET構(gòu)成。隨著各種各樣電器的出現(xiàn)以及升級(jí)，它們都需要一個(gè)穩(wěn)定的電源，本文系統(tǒng)介紹了一種較為實(shí)惠 又 很先進(jìn)的穩(wěn)壓穩(wěn)流輸出 單片開關(guān)電源。 關(guān)鍵詞 ： 單片 開關(guān)電源 。 反激式；脈寬調(diào)制。 單片開關(guān)電源及 PCB 設(shè)計(jì) II The design of Singlechip Switching Power Supply and it’s PCB Abstract： Electric and electronic technology has already developed into an intact high science, the development of electric and electronic technology has driven the development of the technology of the power supply, and the development of power technology has promoted the development of industry of the power supply effectively. The technology of the power mainly serves information industry, the development of the information technology has put forward higher request to the power supply, thus promoted the development of technology of the power supply, and it just had the vigorous information industry and power industry now. Can39。t do without the participation and support of the technology of the power from daily life to most advanced science, and the power technology and the power industry have very important function in raising the level of a country39。s labor productivity, namely improve a n output level of national unit39。s energy consumption. In this respect, our country and developed country have very great disparity. As a power worker, not only design the international or domestic advanced power supply, but also consider the adaptability and cost of the power supply. Only the advanced and lowpriced power supply could make the power industry of our country catch up with the developed country. Here, I will introduce the SingleChip Switching Power Supply which based on the TOP252Y, by using the technology, such as advanced electric and electronic technology, it turns the ordinary electricity into the steadily voltage and current output. At first, I will introduce the meaning of the Switch Mode Power Supply, the Switch Mode Power Supply is a Power supply which utilizing modern electric and electronic technology, controlling the time rate of the ON /OFF of the switch transistor, and keeping the voltage output steadily, the switch power is generally made up with PWM IC and MOSFET [20]. With the appearance and upgrading of various electric apparatuses, all of them need one steady power supply, this text systematically introduces a kind of more advanced and very more lowpriced single slice of Switch Mode Power Supply which has steadily voltage and current output. Key words: singlechip switching power supply。 flyback。 PWM.單片開關(guān)電源及 PCB 設(shè)計(jì) 3 第 1章 緒論 概述 電源歷來(lái)是各種電子設(shè)備中不可缺少的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。開關(guān)電源（ Switching Power Supply）自問世以來(lái)，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。而高度集成化的單片開關(guān)電源，更是因其高性價(jià)比、簡(jiǎn)單的外圍電路、小體積與重量和無(wú)工頻變壓器隔離方式等優(yōu)勢(shì)而成為穩(wěn)壓電源中的佼佼者 ， 是設(shè)計(jì)開發(fā)各種高效率 中、小功率開關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)器件。隨著生產(chǎn)、生活中自動(dòng)化程度的不斷提高，開關(guān)電源也朝著智能化方向發(fā)展，由微控制器控制的開關(guān)電源將單片開關(guān)電源與單片機(jī)控制相結(jié)合，更加體現(xiàn)了開關(guān)電源的可靠性和靈活性。 在 21 世紀(jì)，隨著 各種不同的單片開關(guān)電源芯片及其電路拓?fù)涞膽?yīng)用和推廣，單片開關(guān)電源越來(lái)越體現(xiàn)出巨大的實(shí)用價(jià)值和美好前景。 開關(guān)電源的發(fā)展簡(jiǎn)況 開關(guān)電源被譽(yù)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。近 20多年來(lái)，集成開關(guān)電源沿著下述兩個(gè)方向不斷發(fā)展。第一個(gè)方向是對(duì)開關(guān)電源的核心單元 —— 控制電路實(shí)現(xiàn)集成化。 1997年國(guó)外首先研制成脈寬調(diào)制（ PWM）控制器集成電路，美國(guó)摩托羅拉公司、硅通用公司（ Silicon General）、尤尼特德公司（ Unitrode）等相繼推出一批 PWM芯片，典型產(chǎn)品有 MC35 SG352 UC3842。 90 年代以來(lái)，國(guó)外又研制出開關(guān)頻率達(dá) 1MHz的高速 PWM、 PFM（脈沖頻率調(diào)制）芯片，典型產(chǎn)品如 UC182 UC1864。第二個(gè)方向則是對(duì)中，小功率開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化。這大致分兩個(gè)階段： 80 年代初意－法半導(dǎo)體有限公司（ SGS－ Thomson）率先推出 L4960 系列單片開關(guān)式穩(wěn)壓器。該公司于90年代又推出了 L4970A系列。其特點(diǎn)是將脈寬調(diào)制器、功率輸出級(jí)、保護(hù)電路等集成在一個(gè)芯片中，使用時(shí)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(guò) 90%）的開關(guān)電源。但從本質(zhì)上講，它仍屬 DC/DC電源變換器 [17]。 1994年，美國(guó) PI公司在世界上首先研制成功三端隔離式脈寬調(diào)制型單片開關(guān)電源，被人們譽(yù)為“頂級(jí)開關(guān)電源”。其第一代產(chǎn)品為 TOPSwitch系列，第二代產(chǎn)品則是 1997年問世的 TOPSwitchII系列。該公司于 1998年又推出了高效、小功率、低價(jià)格的四端單片開關(guān)電源 TinySwitch 系列。在這之后， Motorola 公司于 1999年又推出 MC33370 系列五端單片開單片開關(guān)電源及 PCB 設(shè)計(jì) 4 關(guān)電源，亦稱高壓功率開關(guān)調(diào)節(jié)器（ High Voltage Power Switching Regulator）。目前，單片開關(guān)電源已形成四大系列、近 70種型號(hào)的產(chǎn)品。 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì) 1955 年美國(guó)羅耶（ GH 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(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端， 1957年美國(guó)查賽（ Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器， 1964年美國(guó)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(duì)電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到了 1969 年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件改善，終于做成了 25千赫的開關(guān)電源。 目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)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。目前市場(chǎng)上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的 100kHz、 用 MOS－ FET制成的 500kHz 電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會(huì)影響周圍電子設(shè)備，還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。 其中，為防止隨開關(guān)啟 閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用 RC或 LC 緩沖器，而對(duì)由二極管存儲(chǔ)電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過(guò)，對(duì) 1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過(guò)開關(guān)的 電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。 目前對(duì)這種開關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆 Hz的變換器的實(shí)用化研究。 我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是研究 TOPSwitchII開關(guān)電源以及相關(guān)的 PCB 設(shè)計(jì)制作，力圖使電路簡(jiǎn)單且易于調(diào)試，盡最大可能的方便用戶的使用。在本次設(shè)計(jì)中，我們要掌握電路設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，學(xué)會(huì)用計(jì)算 機(jī)專用軟件（ Protel99）繪制電路原理圖和設(shè)計(jì)制作印制線路板圖，掌握標(biāo)準(zhǔn)化制圖的基本規(guī)則，將理論和實(shí)踐相結(jié)合，提高獨(dú)立分析能力和解決問題的能力，為我們畢業(yè)后走上工作崗位打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 單片開關(guān)電源及 PCB 設(shè)計(jì) 5 第 2章 方案論證 概述 整個(gè)系統(tǒng)以 TOPSwitchII 芯片為核心，順序流程連接各個(gè)功能模塊，完成了將普通市電轉(zhuǎn)化成所需要的穩(wěn)定電流和電壓。 系統(tǒng)總體框圖 圖 系統(tǒng)總體框圖 圖 ，圖中顯示了主要電路模塊，其中開關(guān)占空比控制電路是基于TOPSwitchII型芯片的 控制電路 [1]。 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(jìn)一步改進(jìn)，而且輸出功率有顯著提高，現(xiàn)已成為國(guó)際上開發(fā)中、小 ????????????????????????????????????? ..單片開關(guān)電源及 PCB 設(shè)計(jì) 6 是 DIP8可配 8腳 IC插座， SMD8則為表面貼片，后者不許打孔焊接。 圖 TOPSwitchII的管教排列圖 TOPSwitchII的三個(gè)管腳分別為控制信 號(hào)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(diǎn)。它將脈寬調(diào)制（ PWM）控制系統(tǒng)的全部功能集成到了三端芯片中， TOPSwitchII的內(nèi)部框圖如圖 。主要包括 10部分：控制電壓源；帶隙基準(zhǔn)電壓源；振蕩器；并聯(lián)調(diào)整器 /誤差放大器；脈寬調(diào)制器；門驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)；過(guò)電流保護(hù)電路；過(guò)熱保護(hù)及上電復(fù)位電路；高壓電流源。圖中 Zc 為控制端的動(dòng)態(tài)阻抗， RE是誤差電壓檢測(cè)電阻 RA與 CA構(gòu)成截止頻率為 7kHZ的低通濾波器。 TOPSWitchII的基本工作原理是利用反饋電流 Ic 來(lái)調(diào)節(jié)占空比 D，達(dá)到穩(wěn)壓目的。舉例說(shuō)明，當(dāng)輸出電壓 Uo 上升時(shí)，經(jīng)過(guò)光耦反饋電路使得 Ic上升，從而使得 D 下降， Uo 也隨之下降，最終使 Uo不變。 TOPSwi