开关电源课程设计惠普笔记本电脑电源适配器.docx
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1、得分评卷教师哈尔滨远东理工学院开关电源课程设计 题 目: 惠普笔记本电脑电源适配器 姓 名: 分院: 机电工程学院 专业: 电气工程及其自化 学 号: 二一七年 九 月 八 日摘 要 本文介绍了惠普笔记本电脑电源适配器的一系列工作原理、程序流程、元器件的选择等。随着开关电源在计算机、仪器通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用,人们对其需求日益增长,并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐渐取代了效率低、又笨重的线性电源。电力电子技术的发展,特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展,将开关电源的工作频率提
2、高到相当高的水平,使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求,从而促进了开关电源技术的发展。开关电源的高频变换电路形式很多,常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。本论文是基于芯片UC3842的小功率高频开关电源系统的设计关键词: 开关电源 半桥 全桥 推挽 高频变压器AbstractThis paper describes a series of working principles of HP notebook power adapter, Program flow, component se
3、lection, etc. With the switching power supply in computers, instruments, communications, aerospace,Wide range of equipment, such as instrumentation and household appliances .Demand for people is growing. And the power efficiency, volume, weight and reliability of the higher requirements. Switching p
4、ower supply has the advantages of high efficiency, small size, light weight ,In many ways, the inefficient and cumbersome linear power source is being replaced gradually. Development of power electronic technology. Especially the rapid development of high-power devices IGBT and MOSFET, Increase the
5、operating frequency of the switching power supply to a fairly high level, It has the characteristics of high stability and high performance price ratio. One of the main uses of switching power supply technology is to serve the information industry. The development of information technology has put f
6、orward higher requirements for power supply tec. Thus promoting the development of switching power supply technology. There are many high frequency conversion circuits in switching power supply, The common conversion circuits include push-pull, full bridge, half bridge, single ended forward and sing
7、le ended flyback. This thesis is based on chip UC3842 design of small power high-frequency switching power supply system.Key words: witching power supply half bridge full bridge push-pull high frequency transformer目 录摘 要2Abstract3目 录4前 言5第一部分 设计要求6一、设计目的6二、系统要求6三、功能描述7第二部分 系统设计方案9第三部分 开关电源主电路的设计及参数计
8、算12一、 主电路的选型12二、变压器设计计算12三、开关器件的选择15第四部分 开关电源控制电路的设计19一、控制电路的组成19二、PWM集成控制器的选择19四、控制电路的整体设计21总结22参考文献23附录A 电路图24前 言 开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。开关电源的发展方向是高频、高可
9、靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化,因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件,特别是改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)下获得高的磁性能,而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新,实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术,并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标,美国的开关电源生产商通过降低运行电流,降低结温等措
10、施以减少器件的应力,使得产品的可靠性大大提高。-5-第一部分 设计要求一、 设计目的适配器是将220V交流电压转变为19V的直流电压,输出电流为3A。220V交流电压经D2整流,C1滤波得到300V直流电压。该电压一路经开关变压器T1的1、2脚绕组加到场效应开关管Q1(K2543)的D极,另一路经R4降压后得到约17V启动电压给ICI(KA3842)脚供电,并从ICl内部基准电压发生器产生5V基准电压从第脚输出。此时其内部振荡器起振,从第脚输出调宽脉冲(PWM),驱动开关管Q1,使其工作在开关状态。Q1的D极输出电流在开关变压器Tl初级绕组上产生感应电压,经磁芯耦合到T1次级,在次级、脚绕组上
11、产生的感应电压经肖特基二极管Q2、电容C4整流滤波后得到19V直流电压输出。为保证输出电压稳定,输出端由R13、R14对19V输出电压进行误差取样,取样电压由三端可调分流基准IC3(TL431)进行比较和误差放大,再驱动光电耦合器IC2(PC817),将误差电压耦合放大后送到IC1(KA3842)第脚内部,通过内部PWM电路改变第脚输出脉冲的宽度,使Q1的开关时间发生改变,从而达到调整输出电压的目的。经过这样一个反馈控制过程后,最终使输出电压稳定在19V上。该电路中还设有几路过压过流保护:开关变压器初级绕组第、脚的感应电压经D4、C2整流滤波后得到约17V电压送至IC1第脚,用以维持ICI正常
12、工作(300V电压经R4降压供给脚的电压因电流较小只作为启动电压)。当某种原因引起输出电压升高时,该路电压也将升高,当该电压升高至22V以上时,稳压二极管Dl将反向击穿,导致IC1第脚过流保护端的电压升高至lV以上,此时IC内部将关断第脚的脉冲输出,使电路停止工作,达到过压保护的目的。当某种原因使开关管Q1电流过大时,Q1的S极所接过流取样电阻R8两端电压将升高,当该电压升高至使ICl第(3)脚电压高于1V时,也将切断ICl第脚输出起到过流保护作用。开关管Q1的D极所接的R10、C8、D6组成尖峰吸收回路,对Ql截止期间T1的、脚绕组上产生的尖峰感应脉冲进行吸收,防止Q1被击穿。二、 系统要求
13、设计内容:(1)开关电源主电路的设计及参数计算。(主电路的选型、变压器设计计算、开关器件及整流二极管、滤波电容的计算等) (2)开关电源控制电路的设计。(控制电路组成、控制模式的选择、PWM集成控制器的选择、控制电路的整体设计) (3)画出完整的主电路原理图和控制电路原理图 设计要求:(1)在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力 ,要求具体电路方案的选择必须有论证说明,要说明其有哪些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计,必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上,经过剖析、提炼,设计出所要求的电路(
14、或装置)。课程设计中要不断提出问题,并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇)。 (2)在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力,要求学生在教师的指导下,独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计(包括计算和器件选型)。严禁抄袭,严禁两篇设计报告基本相同,甚至完全一样。 (3)课程设计封面为学校统一要求。要求图表规范,文字通顺,逻辑性强。三、功能描述1:压敏电阻,其功能是当外界电压过高时,压敏电阻阻值迅速变得很小,与压敏电阻串联的保险丝被熔断,从而保护其它电路不被烧坏。2:保险丝,规格为2.5A/250V,当电路中的电流过
15、大时,保险丝会熔断以保护其它元件。3:电感线圈(又称扼流圈),主要功能是降低电磁干扰。4:整流桥,规格为D3SB,作用是把220V交流电变为直流电。5:滤波电容,规格为180uF/400V,作用是滤除直流电中的交流纹波,使电路工作更可靠。6:运放IC(集成电路),保护电路、电压调节的重要组成部分。7:温度探头,用于探测电源适配器的内部温度,当温度高于某一设定值时(不同品牌的电源适配器,其设定的温度阀值略有不同),保护电路会切断适配器的电压输出,从而保护适配器不受损坏。8:大功率开关管,是开关电源中的核心元件之一,开关电源能“一开一关”地工作,开关管功不可没。9:开关变压器,开关电源中的核心元件
16、之一。10:次级整流管,功能是把低压交流电变为低压直流电。在IBM的电源适配器中,整流管往往是由两个大功率并联工作的,以获得较大的电流输出。11:次级滤波电容,规格为820uF/25V,共有两个,起滤除低压直流电中的纹波的作用。除上述元件外,电路板上还有可调电位器及其它阻容元件。他激式开关电源由集成控制器以少量外围元器件与MOSFET构成,不仅电路结构精简,而且大幅提高了开关电源的可靠性和稳压性,使得他激式开关电源有了极大的发展。现在所有由市电供应的AC-DC设备几乎全部采用变压器耦合性开关电源,也称为隔离性开关电源。通电后,CPU经由接插件J201的19、21脚送入高电平,因J201的7脚为
17、5V(来自于主控板), VT102与VT103均导通。其中,VT102导通,经光耦SSR101(3SF21)给双向可控硅VT101(BCR5KM)提供触发信号使其导通;市电一线经高压管VD2半波整流开关控制器、R1限流,为IC1提供部分电压,二次绕组的输出电压经共阴极肖特基二极管滤波整流之后产生平滑的+19.5V的电压。电阻和电容构成吸收网络,发光二极管LED用于电源显示 第二部分 系统设计方案笔记本电源适配器实际上就是一个直流开关稳压电源,就是将某一种数值的直流电压,变换成另一种数值或多种数值的直流电压输出的稳压电源,也就是所谓的DC-DC变换器。简化图如2.1所示,由五个部分组成。从图中
18、可以知道,由左边输入的交流电压有效值为220V,首先经过整流滤波变成直流电压VI。而后经过逆变器,又将直流电压变成方波电压Vi.给开关变压器初级绕组输入,经过开关变压器变压后,在次级绕组输出所需的电压,由开关变压器次级绕组输出的电压是正负交替的方波电压,所以必须得经过整流滤波(二次整流),最后才能输出直流电压VO,供负载用电,另外还要从输出电压VO端引出一小部分电压,通过稳压控制系统反馈给逆变电路,进行稳压控制,这就是所谓的深负反馈稳压电路,这样才能使输出电压VO稳定。 开关稳压电源基本原理框图整流滤波它的主要功能是将一次整流部分整流后的波动电压滤波成纹波电压符合要求的直流电压。对于滤波电容中
19、的电容容量,如果想从所要求的纹波电压值来确定是非常困难的事,其原因在于滤波电路中所用的电解电容,从等效电路看并不是单纯的电容,而是包含有串联电阻RC和串联电感LC的电路,因此从要求输出的纹波电压值来确定滤波电容的容量主要受其等效的串联阻抗的温度和频率特性的影响,这些参数的数值又是随温度变化的,不过根据电容的允许的波纹电流值来确定滤波电容量就比较简单了。单向整流电路的输出电压一般都含有较大的脉动成分,后接的滤波电容的一种目的是尽量抑制脉动成分,另一种目的是尽量保留直流部分,使输出电压接近理想的直流。逆变器当 c接通电源后,220V交流电压,经桥式全波整流电路BR整流后,又经由两个容量较大的,而且
20、容量相同的电容器C1和C2串联后滤波,输出约300V直流电压,电容器C1、C2因为容量相同,所以C1和C2各分得的电压都是150V,其极性都是上正下负。开关变压器T2的初级绕组一端接在VT3和VT4串联的中间点上,另一端经电容器C3后接在两个滤波电容C1和C2串联的中间点上。先假设VT4是刚刚截止,稍后VT3就开始导通,VT3的集电流是由滤波电容器C1供给的,C1两端的150V电压的正端,加在VT3的集电极上,电流通过VT3集电极到发射极后,又从开关变压器T2初级绕组流入,又另一端输出后,又通过隔直电容器C3最后回到C1的负端,这时T2的初级绕组两端加的是150直流电压,极性是上正下负我们知道
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