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5W 开关电源的设计

5W 开关电源的设计. 任 务. 任务 1 ： “参考设计电路”的工作原理； 任务 2 ： “参考设计电路”的设计。. 提问 : 1 、开关电源两个基本控制电路 (BUCK 和 BOOST) 的电路结构和工作原理？ 2 、两个隔离式开关电源的电路结构？ 3 、隔离式与非隔离式开关电源两者的区别？. 开题. 要设计的驱动电源需要交流宽电（ 100-265 ）压输入，频率 47 至 63HZ ；输出电压范围是 9 到 12.5V ；输出电流是 315 到 345mA ；转换效率为 70-75% 。接下来，我们就先按以上最基本的电参数实现展开设计与制作过程。.

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Presentation Transcript

  1. 5W开关电源的设计

  2. 任 务 任务1： “参考设计电路”的工作原理； 任务2： “参考设计电路”的设计。

  3. 提问: 1、开关电源两个基本控制电路(BUCK和BOOST)的电路结构和工作原理？ 2、两个隔离式开关电源的电路结构？ 3、隔离式与非隔离式开关电源两者的区别？

  4. 开题 要设计的驱动电源需要交流宽电（100-265）压输入，频率47至63HZ；输出电压范围是9到12.5V；输出电流是315到345mA；转换效率为70-75%。接下来，我们就先按以上最基本的电参数实现展开设计与制作过程。

  5. 参考电路

  6. 降压型拓扑（Buck Chopper)

  7. 工作原理

  8. 10 万其明

  9. 万其明

  10. 万其明 隔离式开关电源的电路结构；

  11. 万其明

  12. 万其明 我 切 Primary=初级 Secondary=次级

  13. 万其明 局限性： 1. 输入输出共地=不隔离； 2. 输入输出电压比不能过大； 3. 无法实现多路输出。 这些局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件变压隔离器来克服。

  14. 万其明

  15. 万其明

  16. 万其明 变压器TR包括初级绕Np、次级绕组Ns1和Ns2、以及辅助电源绕组Nb；通过图中变压器绕组同名端极性的标注，可以看出它是反激形式的变压器。功率开关管VT受PWM控制器IC 的驱动；Rs为初级绕组充电电流峰值检测电阻；次级的负载有两路直流输出，分别为Uo1和Uo2。辅助绕组所产生的直流电压Ub供给PWM控制器。主输出直流电压Uo1通过电阻R及光耦IC2及稳压二极管VDz实现反馈控制。

  17. 万其明 当VT导通期间，TR的初级绕组电流增加并开始充磁，其两端的自感电动势极性为上正下负，感应到次级绕组自感电动势的极性为上负下正，使次级各个整流二极管截止；负载电流由输出滤波电容提供。 当VT截止时，突然切断了初级绕组的电流，根据电感电流连续的原理，初级绕组的电流仍要维持原流动方向，初级绕组两端自感电动势的极性变为上负下正，感应到次级绕组自感电动势的极性也立即翻转变为上正下负，则次级的整流二极管VD1、VD2和辅助线圈的整流二极管VD3由截止变为导通，TR初级绕组储存的磁场能量通过互感耦合到各个次级绕组，由各个次级绕组分别通过整流二极管向直流负载提供能量。

  18. 万其明 在这个过程中TR导通期间的初级绕组通过充磁将电场能量转换为磁场能量储存起来，TR截止期间再通过次级绕组释放将磁场能量转换为电场能量。从能量守恒的角度看，每个开关周期内TR充磁、去磁的能量应该是相等的，也就是说，在每个开关周期结束时，磁芯的磁通应该恢复到原始状态，这就是磁通复位。

  19. 万其明

  20. 芯片VIPer22A 本例的参考电路中并没有显示开关管的存在，因为它被集成在芯片VIPer22A中；如下其框图所示： 23 万其明

  21. 电路的工作原理的简单描述 此电路为“反激式变换器（英文叫做“FLAYBACK CONVERTER”）”；它的基本工作原理可描述为开关管导通时，变压器储存能量，负载电流由输出滤波电容提供；开关管关断时，变压器将储存的能量传送到负载和输出滤波电容，以补偿输出滤波电容单独供电时消耗的能量。输出电流的大小由变压器和输出端的采样电阻决定；输出电压的大小由辅助线圈的电压所限制。 24 万其明

  22. 万其明 在这个过程中TR导通期间的初级绕组通过充磁将电场能量转换为磁场能量储存起来，TR截止期间再通过次级绕组释放将磁场能量转换为电场能量。从能量守恒的角度看，每个开关周期内TR充磁、去磁的能量应该是相等的，也就是说，在每个开关周期结束时，磁芯的磁通应该恢复到原始状态，这就是磁通复位。

  23. 万其明

  24. 电路仿真 27 万其明

  25. 电路仿真 28 万其明

  26. 芯片VIPer22A 本例的参考电路中并没有显示开关管的存在，因为它被集成在芯片VIPer22A中；如下其框图所示： 29 万其明

  27. 芯片VIPer22A的优势 这样，同一颗芯片 上便整合了一个专用电流 式PWM控制器和一个高压功率场效应MOS晶体管。这种方法可以减少组件数量，简化电路板设计，提高电路的稳定性，优化电路的工作性能。因此，这个产品广泛用于小功率的开关电源设计中。 30 万其明

  28. 万其明 磁芯：EE13 材质：高斯值≥4000 骨架：立式4+4

  29. 万其明

  30. 制作注意事项 1、做好周详的制作计划，合理安排时间。 2、要学会团队合作，合理安排分项任务。 3、会利用图书馆图书、网络等手段进行学习，找到解决问题的参考方法。比如搜索元器件、规格书、他人的制作经验等等。 4、重点掌握安规设计的相关内容，其注意事项见附件。 33 万其明

  31. 小 结 1、两个基本控制电路(BUCK和BOOST)的结构与电路原理； 2、“参考设计电路”的工作原理。

  32. IC公司 主要有以下几个IC公司： STM http://www.st.com/ NXP http://www.nxp.com/ Fairchild http://www.fairchildsemi.com/cn/ On Semi http://www.onsemi.cn/ 35 万其明

  33. 参考书目： 1)《开关电源原理与设计》张占松著； 2)《开关电源设计》 王志强等译。 学习网站：www.dianyuan.com 参考资料

  34. 课后任务 电路设计与封装绘制练习

  35. 谢谢！

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