开关电源大学论文.doc

毕 业 论 文反激式开关电源的开发系 别： 电子信息系专 业 名 称： 电子信息科学与技术学 生 姓 名： 学 号： 指导教师姓名、职称： 完成日期：2015年 4 月 1日21 摘 要近年来，开关电源应用范围越来越广泛，它以体积小，携带轻便，能量利用率高，具有特别的绿色功能，使系统在空载的或在低负载的情况下工作在节能模式，从而被广泛的运用于航天航空领域、家电、通信、仪器仪表、工业控制、医疗设备等领域，随着电子技术发展使其越来越具有发展前景。本次研究从经济上和实用性考虑，选择了众多开关电源里的一种类型反激式开关电源。参数为AC220110输入，DC13V 输出，最大输出电流达到1.5A，最大输出功率为14.5W。噪声系数小，两种输出电压以适合在不同国家中使用。系统由ST8853为核心的PWM脉宽调制芯片，和结合完善的外围电路组成。系统主要由输入端设计，高频变压器，输出端，反馈电路，控制电路五部分组成，整个电路具有短路保护，防雷，隔离高压，防触电，短路检测，输出功率和电压自动调节等功能，其稳定性和安全性高。系统工作原理: 交流电压输入,经直流滤波后，DC-DC 变压，整流输出，后级电路通过采样电阻后放大后耦合到线性光耦合器pc817,最后反馈到到st8853检测脚，芯片输出PWM控制信号控制大功率MOS管的开关，从而稳定调节输出电压。关键词：反激式开关电源；高频变压器；st8853ABSTRACTIn recent years, the switching power supply has got more and more wide application range, it has small volume, portable, high energy utilization, even has the special green pattern.It make the system in idle or work under low load condition in energy saving mode, which is widely used in aerospace field, home appliances, communications, instrumentation, industrial control, medical equipment and other fields, with the development of electronic technology to make it has the prospects for development.The study from the economic and practical consideration, choose one type in a number of switch power supply-the flyback type switch power supply. Parameter is AC220 110 input, DC13V output, the maximum output current is 1.5 A, maximum output power is 14.5 W. Small noise coefficient, two kinds of output voltage to suit to be used in different countries. System by the PWM pulse width modulation chip ST8853 as the core, and combined with peripheral circuit. System is mainly composed of input terminal design, high frequency transformer, output, feedback circuit, control circuit of five parts, the whole circuit has the short circuit protection, lightning protection, isolation and high pressure, prevent to get an electric shock, short circuit detection, the output power and voltage automatic adjustment function, such as its high stability and safety.The working principle of the system: the input AC voltage, DC filter, DC-DC transformer, rectifier circuit, through the sampling resistor after amplification coupled to the linear optical coupler PC817, finally feedback to st8853 feet, PWM chip output control signal to control the switch of high power MOS tube, in order to stabilize the output voltage regulationKeywords: Flyback switching power supply; high frequency transformer; st8853目 录1绪 论11.1研究背景11.2开关电源的发展前景11.3研究意义21.4本课题要求及主要研究内容22反激式开关电源的理论基础32.1开关电源的概念32.2反激式开关电源的原理32.3正激式和反激式开关电源的区别32.4反激式开关电源的优点42.5反激式开关电源的缺点43硬件系统的基本设计53.1硬件系统的基本设计思路53.2输入端的电压浪涌抑制设计和分析53.2.1浪涌抑制器(压敏电阻)-7D47163.3输入回路短路保护的设计和分析63.3.1短路保护器件保险管63.4安规电容滤波电路的设计和分析73.4.1安规电容83.4.2安规电容与普通电容的区别83.5共模电感组成的EMI抑制电路83.5.1共模电感的理论知识93.5.2共模电感和差模电感的区别93.6前级整流滤波电路的设计和分析93.6.1整流电路器件的选型103.7隔离变压器的设计和分析103.8输出端的滤波电路设计原理113.8.1铁芯电感的滤波原理123.8.2PI型滤波器124核心电路设计原理和分析134.1反馈电路的设计和分析134.1.1TL431可控硅134.1.2密勒补偿144.1.3光耦隔离器PC817144.2开关电源PWM控制原理和分析144.2.1ST8853芯片原理154.2.2ST8853芯片内部工作原理介绍155电路的调试和总结175.1焊接中出现的问题175.1.1启动电阻焊错175.1.2LF2电感虚焊175.2电路的测试175.2.1测试中遇到的问题175.2.2测量结果175.3结论18参考文献20致谢211 绪 论开关电源自20世纪问世以来，便迅速发展。开关电源以功耗低、效率高等的优点闻名各行各界。虽然国内开关电源起步比较晚，但是通过近几十年电子技术的高速的发展，慢慢的跟上了国际发展的步伐。开关电源是利用现代电子电力技术，采用大功率半导体器件如（MOS管，SCR,IGBT等）作为开关，通过PWM脉宽调制芯片控制开关晶体管开通和关断的占空比，来调整系统的输出电压，来维持电源的稳定输出。在八十年代计算机电源率先开关电源化，在进入九十年代后开关电源早已广泛应用在各种电子设备中。开关电源框架一般由MOSFET和IC脉冲宽度调制控制构成。开关电源和线性电源相比，两者的成本都随着输出功率的增大而增大，但两者增长速率不同。随着国内外电子电力技术的发展和创新，使的开关电源技术高速发展，开关电源的成本不但降低，从而给开关电源的发展提供了广阔的空间。使得得开关电源被广泛的运用在家电、通信、仪器仪表、工业控制、医疗设备航天航空等领域。1.1 研究背景 目前，开关电源行业已经进入一个全新的发展阶段。各种高新技术的不断出现，新的工艺被普遍应用，新产品层出不穷。 随着电子行业的高速发展，电源适配器是电子产品不可缺少的组成部分。其性能优劣直接关系到电子设备的各项技术指标，电子产品性能的表现越来越依赖有一个稳定的电源供电。对电源行业的要求越高，对开关电源提出要求也越来越高，目前开关电源能量利用率普遍不高，EMC辐射大，噪声大，这些问题有待未来新技术来解决。1.2 开关电源的发展前景大功率高频开关管（如MOSFFT）的运用，开关频率由以前的几十Hz的频率发展到现在的上百千Hz，功率由刚开始的几瓦提高到现在的上百甚至上千瓦，能量利用率由原来的50%发展到现在最大可达90%以上，开关电源的功率仍还在不断的增大。由于开关电源高效，节能，小型化，低成本等的优点，受到各行各业技术人员的青睐。高频技术的发展，玩美的运用在开关电源上，高频技术的运用使开关电源小型化，微型化，并使开关电源进入到更广泛的应用领域，特别是运用在高新技术领域。新型半导体材料的研制是开关电源发展的龙头，各种高技术的出现推动了开关电源的小型化、轻便化，智能化。随着节能环保的提倡，各式各样的开关电源蓬勃发展，为开关电源的发展注入了新的活力。 目前开关电源的发展方向是高频化、高性能、抗干扰、低功耗、低EMC辐射、低噪声和电路模块化。由于开关电源小巧轻便安全，它的关键技术是高频技术的不断创新，国内外开关电源制造商在不断的寻求新的技术去改善当前开关电源的不足之处，特别是改善开关电源整流器件的铁损耗，并在功率铁氧体材料上改进创新，以为了在高频率下和较大磁通密度下获得更高的磁通性能，各种滤波电容小型化小型化也是一项非常关键的技术。各种布线技术和制造工艺进步也促成开关电源高频化的发展，SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的发展，在PCB板两面布置元器件，为开关电源的轻便化提供了技术支持。随着目前开关电源的高频化，就必然会对传统的脉宽开调制(PWM)开关技术进行创新，实现零电压开关(Zero Voltage Switch)、零电流开关（Zero Current Switch）的软开关技术已成为开关电源的主流发展技术，使得开关电源的工作效率大幅度提升。想加快我国开关电源行业的发展，就一定要走技术创新之路。1.3 研究意义开关电源具有体积小、重量轻（体积和重量仅仅是线性电源的2030%左右）、效率非常高（一般为6575%，而普通的线性电源一般只有2540%）、其自身的抗干扰性非常强、输出的电压范围很宽可以从2V30V不等、可以分模块化设计,成本低廉，不需要购买庞大的散热片和笨重的工频变压器，其适用于大部分中小功率的电子产品或各种电源适配器上，又因为反激式开关电源不用大的储能滤波电感，成本更低，更轻便，更具有实用性，所以设计一款低功耗反激式开关电源就显得非常有意义。通过这个设计，充分的把学到的理论知识运用到实际应用中去。1.4 本课题要求及主要研究内容 研究反激式开关电源的实现方法，并按照设计指标要求完成电路设计。本次研究的内容有：1、研究反激式开关的优点和存在的不足。2、研究开关电源的核心芯片的设计方法。3、研究各种保护电路和各种外围功能电路的实现方法。设计要求： 交流输入电压：110V220V； 输出电压：12V13V当负载电流在1.2A的情况下，输出电压为12 以上；当未接负载时输出电压在13V左右。纹波值：小于50mv工作效率：80%2 反激式开关电源的理论基础2.1 开关电源的概念“开关电源：从名词上来理解即工作在“开”和“关”的状态下，事实上也是可以这样理解的。开关电源是利用当代领先的电力电子技术，通过控制开关管（如MOSFFT）的开通和关断的时间比值，来维持整个系统的稳定输出的一种电源，开关电源的核心器件由脉冲宽度调制控制芯片IC和大功率开关管组成。2.2 反激式开关电源的原理所谓的反激开关电源，指当大功率开关管（如MOS）导通时，高频变压器初级绕组的感应电压为上正下负，后级二极管处于截止状态，在初级线圈中储存能量，当开关管截止时，变压器初级线圈中存储的能量，通过次级线圈及后级二极管整流和型滤波器滤波后向负载输出。反激式开关电源以大功率MOS管的导通和截止为主要特征。开关管（MOS）导通时，变压器初级线圈内不断储存能量；而开关管关断时，变压器线圈内储存的能量通过整流二极管给负载供电，直到下一个脉冲到来，一直由pwm脉宽控制着。开关电源中的高频脉冲变压器起着非常重要的作用：一是完成电能磁能电能的转换，滤波后输出为负载提供稳定的直流电压；二是可以实现基本的变压器功能，通过高频脉冲变压器的初级绕组和两个次级绕组可以输出两路的直流电压值；三是可以实现高压交流和低压直流的隔离作用，避免触电事故，保证用户的安全。2.3 正激式和反激式开关电源的区别它们两者的最大区别在与高频变压器的绕线方向上，正激是在初级开关管导通时向次级传送能量，既初级线圈和次级线圈是同名端，而反激是在初级开关管关闭时向次级传送能量。单一的从结构上单看变压器的话是看不出是正激还是反激的，但是区分正激和反激开关电源最明显的区别就是正激电源在次级必须有个大的储能滤波电感，而反激开关电源是没有的。开关管与整流管同时开的是正激，因此变压器不需要存磁能，可以降低体积提高功率；反之是反激，主绕组先保存磁能，在开关管关闭后通过整流管泄放磁能，因此变压器要大。2.4 反激式开关电源的优点反激式开关电源:电路拓扑较简单，元件数少，不需要另加磁复位绕组，高频变压器具有变压和隔离的作用，其成本较低，所以其运用比正激式运用广泛。由于不需要输出储能滤波电感和续流二极管，易实现多路输出。其输出电压易受PWM调制度比正激式的大。2.5 反激式开关电源的缺点反激式开关电源的电流和电压输出特性要比正激式开关电源差，纹波系数较高，负载能力比正激式要差，pwm芯片在控制MOS管在关断的该电路变换器的条件下才把储存磁能传送出去；其瞬态反应比正激式开关电源差，当输出电压发生变化的时候，核心芯片要在下一个脉冲周期才控制MOS 管的导通。磁芯单向磁化，利用率较低，而且开关器件承受的电流峰值很大。3硬件系统的基本设计3.1 硬件系统的基本设计思路由于模块化设计有利于设计和分析问题，本设计也采用模块设计。系统的核心采用了st8835为核心的pwm控制芯片，其设计简单成本低廉。下面介绍反激式开关电源的总体硬件结构，为硬件系统提供基本的理论设计依据。系统设计主要分为输入端设计，隔离变压器，输出端，反馈电路，控制电路，五大部分组成。输入端又由浪涌抑制，短路保护，EMI滤波，整流电路四个小部分部分组成。其中反馈电路和控制电路为核心电路。输入端,隔离变压器,输出端为系统的基本电路。系统结构图如图3.1所示。输入端：浪涌抑制短路保护EMI滤波整流电路 DC输出AC输入输出端：整流滤波电路EMI滤波器控制电路反馈电路隔离变压器图3.1 系统结构图3.2 输入端的电压浪涌抑制设计和分析浪涌抑制的电路设计原理图如图3.2所示。图3.2 浪涌抑制器电路设计原理图由于输入电压是接在220V-110V的交流电上，其接在长距离的高压电网上，容易受到尖峰电压的影响，比如电网附近有大的电感性开关，暴风雨天气时的雷电放电现象，此时其电压尖峰可达10000V以上。电器回路中偶发的尖峰电压，对电器的影响是致命的，所以浪涌抑制器叫浪涌保护器，也叫压敏电阻，因为其可以起到防雷的作用，也叫防雷管。其在整个系统中起到非常重要的作用，有效的保障了电路中的其他器件的稳定运行3.2.1 浪涌抑制器(压敏电阻)-7D4717D471浪涌抑制器外形图如图3.3所示。图3.3浪涌抑制器外形图 7D471也叫压敏电阻，它是以氧化锌为基本材料烧结而成的半导体限压型的浪涌器件;它有着优异的非线性特性和很高的浪涌吸收能力在电子电路中用于电气保护。其主要用在交/直流电源电路及各类低频信号、控制电路板及相关的防雷模块上作浪涌保护。本电路中采用7D471取得了良好的防脉冲高压和防雷的效果。3.3 输入回路短路保护的设计和分析输入回路的短路保护电路设计原理如图3.4所示。图3.4 短路保护设计原理由于开关电源是工作在开关状态，为了防止大功率开关管出现控制问题或者器件质量问题而导致系统失控，必须添加短路保护器件，有效的防止电路失控时导致前级电路负载过大或者短路而导致危险的发生，大大的增强了系统的安全性。3.3.1 短路保护器件保险管常规的保险管外形图如图3.5所示。图3.5 保险管外形图保险管，是一种安装在电路中，保证电路安全运行的玻璃管状的电器元件。也被称为熔断器，在IEC127协议标准中将它定义为“熔断体（fuse-link)”。保险管（丝）会在电流异常升高到一定的高度时，由于自身电阻导致电阻丝发热,超过一定的温度时,保险丝熔断，切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。3.4 安规电容滤波电路的设计和分析安规电容电路设计如图3.6所示。图3.6 安规电容电路设计由于开关电源工作在高频上，其电路中存在大量的差模噪声干扰。从导线传入的干扰噪声称为传导干扰，其能量通过导体进行传播，开关电源的输入、输出引线都是传播的媒介。开关电源产生的大量干扰会沿电源线进入电网，向电网注入了大量的噪声，污染了电网，使同一电网的其它电子设备受到干扰。同时电源的输出端还会把干扰噪声传递给负载端，使作为电源负载的电子产品直接受到噪声的干扰，当这种干扰值达到一定程度时会影响电路的稳定工作所以必须加入滤波电路。本设计出于安全考虑和EMC考虑设计了安规电容。安规电容的最主要作用是当电容器失效后，不会导致电击，不危及使用者的人身安全。安规电容通常用于抗干扰电路中的滤波作用，并在两端并联了两个150k的电阻，用于防止电源线在拔插时,由于X安规电容的充放电过程而致电源线的插头长时间带电而电击导致危险的发生。安规电容不仅可以起到给市电滤波的作用，还可以阻止高频变压器产生的噪声干扰到同在一线路上的其他电子设备。3.4.1 安规电容安规电容分为两种，X电容和Y电容，交流输入端子分为零线（），火线（）个地线（），X电容是跨接在输入端L线上和线上，一般采用金属薄膜电容；电容是接在两根电力线上和地线上，一般是成对出现.X电容和电容都可以承受上千伏的脉冲电压X电容又分为X1, X2, X3三种，他们主要差別在于:1. X1耐压值大于2.5 kV, 小于等于4 kV,2. X2耐压值小于等于2.5 kV,，3. X3耐压值小于等于1.2 kV。Y电容底下又分为Y1, Y2, Y3，Y4三种, 主要差別在于:1. Y1耐压值大于8 kV,2. Y2耐压值大于5 kV,3. Y3耐压值 n/a，4. Y4耐压值大于2.5 kV。X电容主要抑制差模干扰，Y电容主要抑制共模干扰，基于漏电流的限制，Y电容值一般很小，一般X电容是uF级，Y电容是nF级。3.4.2 安规电容与普通电容的区别安规电容采用国际电工委员会(IEC) 标准工艺，有着先进的生产技术和严谨的质量保证体系。安规电容的放电和普通电容不一样，一般的电容在外部电源断电后如果没有放电回路电荷会保留相当长时间的一段时间，如果此时用手触摸就会被电电击的危险，而安规电容使用在电路里则不会存在这个问题。3.5 共模电感组成的EMI抑制电路共模电感组成的EMI抑制电路如图3.7所示。图3.7 共模电感组成的EMI抑制电路开关电源是把交流电整流为直流电，再通过开关把直流转变为高频交流，最后再整流最后稳定输出直流的一种电源。这样就有交流电源的整流波形畸变产生的噪声以及开关波形产生的大量噪声。这些噪声如果不抑制就会通过导线向电网辐射干扰。电子设备会影响设备的正常工作，所以设计电路的的时候要抑制它们。此共模电感主要主要抑制电路中的共模噪声。简单的来说共模干扰就是两根信号线对地之间的干扰。本设计中采用了33mH的共模电感有效的抑制了共模噪声。3.5.1 共模电感的理论知识共模电感外形如图3.8所示。图3.8 共模电感外形共模电感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在很多PCB板卡设计中，共模电感也是起EMI滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁干扰向外辐射。共模电感组成的滤波电路，La和Lb就是共模电感线圈。这两个线圈绕在同一个铁芯上，相位和匝数都相同(绕向反向)。这样，当电路中的正常电流I流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中因产生反向的磁场而相互抵消，此时正常的电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗型，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流信号，达到滤波的目的。3.5.2 共模电感和差模电感的区别共模电感和差模电感的有以下区别：（1）抑制共模干扰的滤波电感叫共模电感。抑制差模干扰的滤波电感叫差模电感。（2）共模电感是绕在同一铁心上的圈数相等、绕向相反、导线直径相等的两组线圈。差模电感是绕在一个铁心上的一个线圈。（3）共模电感的特点是：由于同一铁心上的两组线圈的绕向相反，所以不用担心铁心饱和，用的最多的磁芯材料是高导铁氧体材料。（4）差模电感的特点是应用在大电流的场合。由于铁心上绕的一个线圈，当流进线圈的电流增大时，线圈中的铁心会饱和，因此现在用的最多的铁心材料是金属粉心材料。3.6 前级整流滤波电路的设计和分析整流电路原理图如图3.9所示。图3.9 整流电路原理图电流经共模电感和X电容EMI滤波后进入整流滤波电路，其电路是由四个IN4007组成的桥式整流电路，把交流整流成直流后经C1电容滤波后供后级电路使用。3.6.1 整流电路器件的选型IN4007有着以下优良的特性，满足了系统设计的要求：最大反向输入平均电压：750V；最大反向输入峰值电压：1000V；额定输出电流, If平均：1A；1A交流25下最大正向导通电压：1.0V；正向浪涌电流, Ifs最大:30A；总功率：2.5W。3.7 隔离变压器的设计和分析本次设计的隔离变压器又程为脉冲隔离变压器,其工作频率大于10kHz，其具有隔离，和变压的作用,DC-DC电路变换原理图如下图3.10所示。图3.10 DC-DC电路变换原理图本设计采用反激式的结构框架，图3.10中的T1称为脉冲隔离变压器，这类变压器在初级线圈把直流电压变换为高频方波电压，后级线圈降压后，再经整流滤波变为直流电压。最后输出到负载，这类变压器又称为逆变整流型变压器。它具有储能、隔离、和变压的功能。当ST8835的第六管脚输出PWM方波控制信号至大功率MOS管，MOS管Q1导通，此时在高频变压器初级产生上正下负的电压，此变压器初级次级绕法相反，同名端相反，所以次级线圈接的的二极管D5截止。这个阶段我们称之为变压器的储能阶段。当PWM控制信号变成低电平时，开关管截止，此时变压器产生感应电动势，方向与储能阶段相反，从而使二极管正向D5导通，输出端输出电压。由于变压器磁芯和线圈的问题会存在漏感，在开关管关断的时候,变压器会产生尖峰脉冲电压，为了防止电路产生的电压尖峰对器件造成伤害。电路添加一个RCD吸收回路，它由D7、C2、R2、R3组成。在MOS管开关管关断瞬间，MOS管的漏极电压会迅速上升，这里的电压主要有变压器次级反射电压，变压器漏感产生的尖峰电压以及输入电压叠加组成的。所以增加RCD回路主要目的就是吸收这个尖峰脉冲电压。这里的电容C2容值非常重要，容值的选择不能把输入电压和反射电压给吸收了。电阻R2，R3的作用是在开关管重新打开的时候消耗掉电容C2上储存的的能量，从而减轻MOS开关管在导通时承受的电流。初级线圈1，2脚给PWM控制芯片供电。高频变压器的次级线圈中的能量释放时,D5导通,C3和R47串联后并联在D5两端,其作用是抑制次级线圈的反向峰值电压（浪涌电压）对二极管D5的影响，以保护二极管耐压不足不致引起可能的损坏。从技术专业上讲,C3和R4组成的是加速电路, 就是加快响应速度，加快对输入信号的响应速度。后级输出共模电感LM1起到EMI抑制的作用，防止电源产生的噪声对接入的电子产品造成影响。3.8 输出端的滤波电路设计原理输出端的滤波电路由电感和电容组成，输出端滤波电路设计原理图如图3.11所示。图3.11 输出滤波电路原理图由于开关电源的高频噪声大容易对接入的电子产品产生干扰,若只采用单一的电容滤波电路,抗干扰效果不明显，容易导致设备工作不稳定,所以本设计采用了PI型滤波器和共模电感组成的双级滤波器,有效的抑制了EMI干扰。由于电路的负载比较大，若只采用C4和C5滤波，因C4和C5电容容值大产生的冲击电流也大，对二极管D5的冲击太大，所以引入LF2带铁芯的差模电感，与C4和C5组成复式滤波电路叫PI型滤波电路，有效的滤除了电路中的杂波。3.8.1 铁芯电感的滤波原理此电感主要起到滤波的作用，当变化较大的电流流过铁芯时，铁芯电感线圈中产生的感生电动势将阻碍电流的改变。当通过电感线圈的电流增加时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增大，同时将其中一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感的电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出储存的能量，补偿电流的减小。因此经铁芯电感滤波后，使电流和电压脉动变小。使电路有更好的纹波特性。3.8.2 PI型滤波器 型滤波器电路原理图如图3.12所示。图3.12 型滤波器电路原理图型滤波有LC和RC两种，因其在电路上像字，所以简称型滤波器，其滤波效果比单一的电感或者电容要好很多，它们的输入和输出都表现出极低的阻抗。RC型和LC型的区别在于中间是电容还是电感，LC型滤波器用于较大电流的电路，但是成本较高，较笨重。4 核心电路设计原理和分析核心电路设计由反馈电路和控制电路两部分组成。4.1 反馈电路的设计和分析反馈电路设计反馈网络由TL431精密稳压器和PC817光耦隔离器组成。外加分压电阻R13和R17，工作原理是，当电源输出电压增大时，电阻R17上分压增大，TL431的输入控制端电压变大，导致其输出端（2脚）电压减小，反馈到PC817的2脚电压减小。光耦TL431的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，当TL431的3脚和4脚的电流已经超出了芯片ST8853芯片的输出的最大的电流时，导致光耦隔离器4脚电压减小，电流越大电压越小，由于引脚电压下降，芯片输出PWM占空比减小，随后输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似 。反馈电路原理图如图4.1所示。图4.1 反馈电路原理图TL31的控制端（CATHODE）的输出电压计算公式是Vo=(1+R1/R2)*Vref根据系统设计需要，控制端（CATHODE）的输出电压为o13V左右，得出R14.3K；R2=1K。电路中的C10和R12来压制电路低频纹波和提高电路的输出调整率，减小控制端的静态误差，起到米勒补偿的作用,防止TL431出现振荡。4.1.1 TL431可控硅可控硅器件图如图4.2 所示。图4.2 可控硅器件图TL431是由德州仪器生产的可控精密稳压源器件。它的输出电压用简单的两个电阻就可以任意的设置从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值。其典型动态阻抗为0.2，在很多应用中用它代替齐纳稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。4.1.2 密勒补偿密勒补偿电容将主极点向低频移动，将非主极点向高频移动来实现极点分离。添加补偿电阻Rm，将右半平面的零点移向高频，以减小甚至抵消零点对系统稳定性的影响。4.1.3 光耦隔离器PC817光耦隔离器期间图如图4.3所示。图4.3 光耦隔离器期间图PC817是一款常用的线性光藕隔离器，被广泛用在电脑终端系统，可控硅系统设备，仪器仪表，投影机，售票机，家用电器等领域，如电加热器，风扇，等电路之间的信号传输控制，常用在各种要求比较精密的功能电路中被当作耦合器件，具有前后级电路完全隔离的作用，前后之间不会产生相互影响。使前端与负载端完全隔离，增加安全性，减小后级电路对前级控制电路干扰，优化了电路设计。4.2 开关电源PWM控制原理和分析ST8853芯片和大功率mos开关管组成。PWM控制原理图如图4.4所示。图4.4 PWM控制原理图ST8835的 2脚为电路反馈脚，当开关电源输出电压增大时，芯片2脚（COMP）的电压下降，芯片输出脉宽宽度减小，从而稳定电路电压，R7为芯片的启动电阻，R9，D8，C8组成的半波整流电路为芯片供电，R19，R15，R16为电流取样电阻，当负载变大时，4脚的电压也越大。4.2.1 ST8853芯片原理ST8853电流模式PWM控制器的集成芯片,具有成本低，启动电流小,管脚少外围电路简单等优点。集成的功能包括电流检测的前沿消隐，内部斜率补偿。其内部特点有：OLP （过载保护）功能；OVP（过电压保护）；非常低启动电流（ 20uA ）；LEB （前沿消隐）在CS引脚；绿色模式控制电流限制；300毫安驱动能力；省电节能模式控制；欠压锁定（ UVLO ）。4.2.2 ST8853芯片内部工作原理介绍UC3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式控制电路，只有六个引脚。内部框图和引脚图图如图4.5所示。图4.5 ST8853内部框图和引脚图图 脚为公共地端； 脚是反馈输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度； 脚为脉宽控制端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定； 脚为电流检测端，当检测电压超过1V时芯片缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态，起到保护的作用； 脚是直流电源供电端，具有过、欠压锁定功能，芯片功耗为10mW，一路与电源输出端相连，一路与辅助电源相连； 脚为推挽输出端，上升、下降时间仅为50ns 驱动能力为500mA ，通过一个电阻与外部大功率MOS管相连。5 电路的调试和总结 把打样回来的电路板进行检查，查看其是否有断路，并与PCB文件对比，没有发现问题。检查后就把PCB文件导出的文件进行器件的准备，并用外用表进行简单的测试，判断其是否有质量问题，器件准备好后，就进行焊接，焊接过程中出现了以下几个问题5.1 焊接中出现的问题通过几天的焊接终于把电路焊接完了，上电测量输出端电压没有电压，经过调试和检查发现了以下几个问题。5.1.1 启动电阻焊错测量后发现，启动电阻焊接错误，焊接了22M的电阻，导致启动电流过小后换成2.2M后，电路启动正常。5.1.2 LF2电感虚焊更换电阻后，发现还是没电压输出，通过测量，发现电感出现了假焊的现象，经过重新焊接后，电路输出正常。5.2 电路的测试板子焊接好后就对电路板的各项参数进行测试，是否达到设计的要求在测试的过程中发现了几个问题5.2.1 测试中遇到的问题解决了前面几个问题后，接入220交流电，未接负载，输出电压为13.3V基本达到系统要求，开关电源接入13欧姆的水泥的电阻后，测量其电压为12.9V，输出电流为满足设计要求，经示波器测量其纹波后发现纹波值过大，达到了350MV，检查电路后发现，后级滤波电感LF2有问题，跟换后，测量纹波值值为90MV。更换的电感经电桥测量后，其电感值为2.2UH，设计值为4.7UH，分析应该是其里面线圈被短路了，导致其电感值变小。5.2.2 测量结果为了对电路板的各项参数进行精确测量，本次设计对每一项参数测量十次，最后算出平均值，本论文只写了最终算出的平均值。经测量多次取平均值得出测量结果分析，此次毕业设计取得了完美的成功，各项参数达到了设计的要求，参数测得如下：AC-110V的测量结果如下表1所示。AC-220V的测量结果如下表2所示。表1 交流110V的测量结果输出纹波值（Max）输出电流未接负载时13.33v20.13mv无接13R的电阻12.53v48.56mv0.96a表2 交流220V的测量结果输出纹波值输出电流未接负载时13.42v29.23mv无接13R的电阻12.91v62.34mv0.99a5.3 结论本次毕业设计实在繁忙又紧张的工作时间之外完成的。先从方案的初步构想，再到查找和搜索大量的相关资料，再到提出设计方案，最后确定方案的可行性，画出电路框图，再跟据电路框图的功能要求，设计并完善每一模块的电路并进行理论验证，最后得出设计电路图，这一过程，都尽了我最大的能力，不懂的百度，除了百度还是百度。在这次的设计和研究中，学习到了产品的设计思路和开发流程。我充分的利用了大学四年学到的知识和实习其间学到的知识，理论结合实践，在实践中去发现自己存在的不足。在这次毕业设计过程中，学到了在学校学不到的东西。通过这次毕业设计，更系统的从理论上的学习了开关电源的设计方法，认识到了开关电源的优点和存在的不足，也锻炼了自己处理问题和思考问题的能力。从而提升了自我。由于本人专业水平有限，本文未深入的对高频变压器的关键词进行理论分析和研究，设计中存在的不足之处，敬请大家的更正。附件：整体电路图参考文献1侯振义.开关电源技术及应用.北京：电子科技大学出版社,2006.42华伟，周文定.电力电子器件及其应用.北京：北方大学出版社、清华大学出版社,2011.178-1343周志敏，周纪海，纪爱华.现代开关电源控制电路设计及应用.北京：人民邮电出报社，2005.54王鸿麟，电子基础电源.西安电子科技大学出版社，20