基于THX208小功率开关电源设计

天津理工大学

课程设计报告

题目：基于THX208小功率开关电源设计

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指导教师：

2017年 1月

目录

一、设计要求 (2)

二、设计目的 (2)

三、设计的具体实现 (2)

1. 系统概述 (2)

2. 单元电路设计 (3)

四、结论与展望 (22)

五、心得体会及建议 (23)

六、参考文献 (24)

七、附录 (24)

1、作品照片 (25)

2、原理图 (26)

3、源程序清单 (27)

4、答辩PPT缩印稿 (30)

基于THX208小功率开关电源设计

--电路设计

一﹑设计要求

熟读详细使用手册，搭建电路实现5V/3W的开关电源，根据控制芯片原理，设计合理的辅助电路，通过计算和仿真分析，得到系统优化参数。掌握开关电源设计的核心技术，并对过程做了详细阐述。

1.根据需要选择开关电源的拓扑结构

2.基于THX208设计开关电源的控制核心部分

3.输出电压可调范围： +5V

4.输出5V0.5A,CC/CV

二、设计目的

(1)利用所学开关电源的理论知识进行硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。

(2)我们这次的课程设计是以THX208为基础，设计并开发小功率开关电源。

(3)掌握各个接口芯片(如THX208等)的功能特性及接口方法，并能用其实现一个简单的应用系统。

三、设计的具体实现

1.系统概述

①开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关开通和关断的就、时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源是一般又脉冲宽度调制（PWM）控制IC 和MOSFET构成。

开关电源主要是进行交流/直流、直流/直流、直流/交流功率转换的装置，通过对主变换回路以及控制回路的控制完成一系列的变换。主变换回路将输入的交流电转换后传递给了负载，所以它决定了开关电源电路的结构形式、转换要求以及负载能力等一系列的技术指标；而控制回路是按照输入，输出技术指标的要求来进行检测，控制主变换回路的工作状态。本设计开关电源控制集成电路主要包括电源电路、滤波整流电路、监测电路以及THX208控制芯片构成的控制电路。

方案一：单端正激式开关电源原理

单端正激式开关电源原理简述：电路原理框图如上所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作原理不太相同。当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感L储存能量；当开关管VT1截止时，电感L通过续流二极管VD3 继续向负载释放能量。在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2,它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于50%，由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，可输出50-200 W的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大

方案二：单端反激式开关电源原理

反激式变换器开关电源工作原理比较简单，输出电压控制范围比较大，因此，在一般电器设备中应用广泛。所谓反激式变换器开关电源，是指当变换器的初级线圈被直流电压激励时，变换器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变

换器初级线圈的激励电压被关断后，才向负载提供功率输出，这种变换器开关电源称为反激式开关电源，再通过THX208控制电路。

从以上两种方案，很容易看出，按系统功能实现要求，两者相比较方案二的设计

（1） 电路结构简单 转换效率高稳压性能优 并且转换效

率高;

（2） 性能优越 电压可调 体积小、重量轻、性价比高，可普遍使用于生活当中，故采用方案二。

所以，本设计 反激式变换器部分采用普通元器件构成模拟部分，利用THX208实现控制功能，整流、利用PC817B 对电路进行监测，当电压超过最大值时，电路会自动断开。本系统主要包括三大模块：整流模块变压器模块及电路监测，保护模块。总体结构框图如图1所示

图1 总体结构框图 2.单元电路设计

（1)各部分概述

①反激式变换器

反激变换器工作原理是：主开关管导通时，二次侧二极管关断，变压器储能；主开关管关断时，二次侧二极管导通，变压器储能向负载释放。它和正激变换器不同，正激变换器的变压器励磁电感储能一般很小，各绕组瞬时功率的代数和为零，变压器只起隔离、变压作用。而反激变换器的变压器比较特殊，它兼起储能电感的作用，称为储能变压器（或电感-变压器）如图2

图2 反激式变换器

②TL431电路安全控制

前面提到TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图3所示的电路，当R7和R8的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若电压增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致R7，R8两端的电压之和大于5V从而导致TL431启动，进而导致PC817B导通，关闭THX208。

图3 保护电路

③ THX208原理描述

启动阶段，上电时 VR 关闭；FB 上拉电流源关闭；OE 由功率管输入启动电流到VCC；OB 控制功率管的基极电流，限制功率管集电极电流（即 THX208 启动接受电流），从而保证功率管的安全；在 VCC 电压上升到 8.8V，启动阶段结束，进入正常阶段。

正常阶段，VCC 电压应保持在 4.8~9.0V，VR 输出 2.5V 基准；FB 上拉电

流源开启；振荡器输出 OSC1 决定最大占空比，输出 OSC2 试图触发电源进入开周期、及屏蔽功率管开启电流峰；若 FB 小于 1.8V（约在 1.2-1.8V 之间）振荡器周期将随之增加，FB 越小振荡器周期越宽、直至振荡器停振（此特性降低了开关电源的待机功耗）；若外围反馈试图使 VCC 大于 10V，则内电路反馈到 FB 使 VCC 稳压在 10V（利用此特性可以不采用外围反馈电路，由内电路稳定输出电压，但稳压精度较低）；开周期，OB 为功率管提供基极电流，OE 下拉功率管的发射极到 IS，而且OB 采用斜坡电流驱动（指 OB 开电流是 IS 的函数，当 IS=0V 时 OB 开电流约 24mA，然后 OB 开电流随 IS 线性增加，当 IS 增加到 0.6V 时 OB 开电流约 40mA，此特性有效地利用了 OB 的输出电流，降低了THX208 的功耗），若 IS 检测到 FB 指定电流则进入关周期；关周期，OB 下拉，功率管不会立即关断，但 OE 箝位 1.5V（功率管关断后基极反向偏置，提高了耐压）；在开或关周期，如检测到功率管超上限电流，则上限电流触发器优先置位，强制 FB 下降，占空比变小，从而保护功率管和变压器；在下一个关周期开始沿或 FB 小于 1.8V，上限电流触发器复位。另外，THX208 内置热保护，在内温度高于 125℃后调宽振荡器的周期，使 THX208 温度不超过 135℃；内置斜坡补偿，在 THX208 大占空比或连续电流模式时能稳定开/关周期。

若 VCC 降到 4.2V 左右，振荡器关闭，OSC1、OSC2 低电平，电源保持关周期；VCC 继续下降到 3.6V 左右，THX208 重新进入启动阶段

特点单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。THX208引脚图，如图4 所示，每部电路方块图如图5所示。

图4THX208引脚图图5 内部电路方块图