降压性开关稳压电源

Hefei University

课程设计报告

课题名称：降压型开关稳压电源

作者姓名: 刘尚阳 1405012027

张颖 1405012028

闫悦悦 1405012029

许特松 1405012043

荚丹丹 1405012030 班级: 电子二班

指导教师：倪敏生

完成时间： 2017年5月24日

摘要

本设计是开关稳压电源，系统由稳压电源、DC-DC变换器、采用LM7812，LM7805稳压芯片，为芯片供电，DC-DC变换器采用TL494产生PWM波，控制开关周期为恒定值，通过调节脉冲宽度来改变占空比，在经过由IR2109构成的驱动电路驱动后级电路，此时引入电压反馈检测电压幅值并反馈给前级保证输出电压稳定，当输入电压超过20V时，控制IR2109片选端，切断电路。

关键字：稳压；DC-DC变换；

目录

1引言 (3)

2方案设计与选择 (3)

2.1总体设计 (3)

2.2各模块方案设计与论证 (3)

2.2.1驱动模块方案设计与选择 (3)

2.2.2稳压电源方案设计与选择 (4)

3硬件设计与实现 (4)

3.1设计思路 (4)

3.2各个模块硬件设计与实现 (5)

3.2.1辅助电源模块 (5)

3.2.2 DC-DC模块 (5)

4理论分析与参数计算 (5)

4.1 DC/DC变换方法 (5)

4.2 稳压控制方法 (6)

4.3 输入过压电路设计 (6)

4.4buck电路参数的计算 (7)

4.4.1电感值的计算 (7)

4.4.2电容的计算 (7)

4.4.3输出电压的计算 (8)

5测试仪器与方法 (8)

5.1输出电压测试 (8)

5.2效率测量 (8)

参考文献 (9)

1引言

电源在电路中起着十分重要的作用，电源为用电器提供能量，没有电源整个电路便没有工作的能力。同样不同的电路需要不同规格的电源，因其对电压（电流）的要求不同，我们所需的电源也不同。电源的重要性不容忽视。目前市场上有两种稳压电源，一种是线性稳压电源，一种是开关稳压电源；而直流开关电源是各种电源中应用范围最广和市场最大的一种。它是一种比较新型的电源，具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。

2方案设计与选择

2.1总体设计

降压型直流开关稳压电源系统方案图如图1所示。系统采用进行DC-DC变换的设计思路，输入直流20V经过LM7812，LM7805降压模块实现降压，DC-DC变换部分采用TL494生成PWM波，通过控制调节脉冲宽度来改变开关周期，从而控制占空比，再经过IR2109驱动电路，驱动MOS的开关。

图1 开关稳压电源系统框图

2.2各模块方案设计与论证

2.2.1驱动模块方案设计与选择

方案一：TL494生成PWM波，通过控制调节脉冲宽度来改变开关周期，从而控制占空比，再经过IR2109驱动电路，驱动MOS的开关。

方案二：电源IC直接驱动MOSFET是我们最常用的驱动方式，同时也是最简单的驱动方式。如果C1、C2的值比较大，MOS管导通的需要的能量就比较大，如果电源IC没有比较大的驱动峰值电流，那么管子导通的速度就比较慢。IC驱动能力、MOS寄生电容大小、MOS管开关速度等因素，都影响驱动电阻阻值的选择，所以Rg并不能无限减小。

方案二的驱动能力不足，而方案一的驱动能力强，因此选用方案一。

2.2.2稳压电源方案设计与选择

方案一：从滤波电路输出后，使用模块LM2596降压模块。LM2596内含固定频率振荡器（150KHZ）和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。提供的有：3.3V、5V、12V及可调（-ADJ）等多个电压档次产品，所需外部组件中仅四个不可调，六个可调。此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。但是产品价格比较贵。

方案二：从滤波电路输出后，直接进入线性稳压电路。线性稳压电路输出值可调，输出为+9V～+12V直流电压。这种方案优点在于：电路简单，容易调试，但效率上难以保证，因为线性稳压电路的输入端一般为15V左右的电压，而其输出端只有9V～12V，两端压降太大，输出电流较小，功率损耗大，不利电路总效率但是价格相比较便宜。

基于本次课程设计，线性稳压芯片便宜，因此我们选用方案二。

3硬件设计与实现

3.1设计思路

硬件搭建系统图如图2所示，输入直流20V，经过稳压器转换为+12V和+5V 为后级电路供电，BUCK电路采用双管设计，使电路的效率更高。硬件搭建系统图如图2。

图2 硬件搭建系统图

3.2各个模块硬件设计与实现

3.2.1辅助电源模块

辅助电源为开关电源的辅助部分，我们采用降压是LM7812，LM7805系列作为后级电路的电源。对输入的直流先进行20V----12V的降压，在进行12V----5V的降压。每一级后都有滤波电容，并加上散热片。

3.2.2 DC-DC模块

DC-DC变换器为开关电源核心部分，脉宽调制电路即PWM模块则是DC/DC变换器中最重要的部分。此模块的工作状况直接影响开关电源的工作状态和性能指标。本次设计选用器件为TL494，其原理如下：TL494的5脚和6脚分别于定时电阻R

和定时电容C4相连接，他们共同决定TL494内部震荡器产生锯齿波，确V2

定电路的工作频率。同时TL494的1脚和2脚可输入采样电压和DA输出的电压，通过内部比较器进行数字运算，通过反馈回来的电压与设定的电压进行比较，进而调节产生的PWM波，其中开关电源的工作频率由TL494的定时电容C4和定时电阻RV2确定。

4理论分析与参数计算

4.1 DC/DC变换方法

直流电压转换器基本原理为将直流电源经稳压后加入自激荡器，利用震荡晶体管作为连续开关，控制直流电源的接通和断开，由此产生的高频电压经过变频变压、整流、滤波，获得所需要的直流电压。与此同时，输入电压的另一路取样、基准、放大电路、回控震荡器，使输出电压稳定。

再同步Buck电路工作方式中，使用一个MOS管正如我们这次使用的IRF3205来替换Buck电路中的续流二极管。如下图3所示。Q1位主开关管，Q2则起续流作用。Q1导通时，Q2断开，电流通过电感L至负载，并将电能储存在L和C1

中（电流方向图中绿线所示）；Q1断开时，Q2导通起续流作用，储存在L和C1中（电流方向图中红线所示）的电能转换为电流继续向负载输出。