DCDC开关电源设计方案报告.doc

DC-DC 开关电源设计摘要:伴随开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面广泛应用, 大家对其需求量日益增加, 而且对电源效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步替换了效率低、又笨又重线性电源。电力电子技术发展，尤其是大功率器件IGBT和MOSFET快速发展，将开关电源工作频率提升到相当高水平，使其含有高稳定性和高性价比等特征。开关电源技术关键用途之一是为信息产业服务。本文介绍了一款基于PWM技术DC-DC开关稳压电源。输出纹波小，电压稳定可靠.关键词：开关电源，DC-DC，AP1501A，高频变压器Abstract: With the switching power supply in the computer, communications, aerospace, instruments and household appliances such as extensive use of the growing demand of its people, and the efficiency of the power, volume, weight and reliability, raised more high demand. Switching power supply with its high efficiency, small size and light weight advantages of gradually replaced in many ways inefficient, heavy, clunky, linear power supply. The development of power electronics technology, particularly high-power IGBT and MOSFET devices the rapid development of the switching power supply operating frequency up to very high level where it has a high stability and high cost performance and other characteristics. Switching power supply technology is one of the main uses for the information industry services. This article describes a technique based on the PWM DC-DC switching power supply. Output ripple voltage is stable and reliable. Keywords: switching power supply, DC-DC, AP1501A, high frequency transformer 目录1序言11.1课题背景11.1.11 开关电源三个关键发展阶段11.2开关电源技术亮点21.2.1功率半导体器件性能21.2.2开关电源功率密度21.3DC-DC发展概况31.3.1DC/DC转换器对工艺技术提出新要求31.3.2DC/DC转换器对电路设计新要求41.3.3DC/DC控制器向数字多相发展51.4本论文内容及研究意义62开关电源分类及关键应用62.1开关电源分类62.1.1常见开关电源型式62.1.2DC/DC 变换72.2开关电源关键应用技术72.2.1高频磁性元件72.2.2软开关技术72.2.3同时整流技术82.2.4功率因数校正(PFC)变换器82.2.5电磁兼容性82.2.6系统集成技术93系统方案设计93.1系统框图93.2DC-DC芯片选型103.2.1DC-DC选型基础标准103.3本系统DC-DC选型104系统硬件设计114.1电路原理介绍114.2AP1501A介绍114.3220V转DC12V电路设计124.3.1AC-DC电压变换电路原理图设计124.4DC-DC原理图设计134.5效率分析及计算135结论和展望146鸣 谢157参考文件158附 录：总电路图161 序言1.1 课题背景开关稳压电源(以下简称开关电源)问世后，在很多领域逐步替换了线性稳压电源和晶闸管相控电源。早期出现是串联型开关电源，其主电路拓扑和线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。伴随脉宽调制(PWM)技术发展，PWM开关电源问世，它特点是用20kHz载波进行脉冲宽度调制，电源效率可达65%70%，而线性电源效率只有3040。所以，用工作频率为20 kHzPWM开关电源替换线性电源，可大幅度节省能源，从而引发了大家广泛关注，在电源技术发展史上被誉为20kHz革命。 伴随超大规模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸不停减小，电源尺寸和微处理器相比要大得多；而航天、潜艇、军用开关电源和用电池便携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量化电源。所以，对开关电源提出了小型轻量要求，包含磁性元件和电容体积重量也要小。另外，还要求开关电源效率要更高，性能愈加好，可靠性更高等。这一切高新要求便促进了开关电源不停发展和进步。 1.1.1 1 开关电源三个关键发展阶段 40多年来，开关电源经历了三个关键发展阶段。 第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GT0)发展为MOS型器件(功率MOS-FET、IGBT、IGCT等)，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。 第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术研究开发，使功率变换器性能愈加好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究热点之一。 第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待处理新问题之一。 1.2 开关电源技术亮点 1.2.1 功率半导体器件性能 1998年，Infineon企业推出冷MOS管，它采取“超级结”(Super-Junction)结构，故又称超结功率MOSFET。工作电压600800V，通态电阻几乎降低了一个数量级，仍保持开关速度快特点，是一个有发展前途高频功率半导体器件。 IGBT刚出现时，电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内，耐压水平限于12001700V，经过长时间探索研究和改善，现在IGBT电压、电流额定值已分别达成3300V1200A和4500V1800A，高压IGBT单片耐压已达成6500V，通常IGBT工作频率上限为2040kHz，基于穿通(PT)型结构应用新技术制造IGBT，可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。 IGBT技术进展实际上是通态压降，快速开关和高耐压能力三者折中。伴随工艺和结构形式不一样，IGBT在20年发展进程中，有以下多个类型：穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。 碳化硅(SiC)是功率半导体器件晶片理想材料，其优点是禁带宽、工作温度高(可达600)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等，有利于制造出耐高温高频大功率半导体器件。 能够预见，碳化硅将是二十一世纪最可能成功应用新型功率半导体器件材料。 1.2.2 开关电源功率密度 提升开关电源功率密度，使之小型化、轻量化，是大家不停追求目标。这对便携式电子设备(如移动电话，数字相机等)尤为关键。使开关电源小型化具体措施有以下多个。 一是高频化。为了实现电源高功率密度，必需提升PWM变换器工作频率、从而减小电路中储能元件体积重量。 二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有“电压-振动”变换和“振动-电压”变换性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域研究热点之一。 三是采取新型电容器。为了减小电力电子设备体积和重量，须设法改善电容器性能，提升能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻(ESR)小、体积小等。 1.3 DC-DC发展概况近几年因为数据业务飞速发展和分布式供电系统不停推广，DC/DC转换器应用越来越广，其增幅已经超出了一次电源。 伴随半导体工艺、封装技术和高频软开关大量使用，DC/DC转换器功率密度越来越大，转换效率越来越高。据专业电源市场调研企业VDC企业估计，全球DC/DC转换器出货量由20亿增加到25亿(见图1)。在全球DC/DC转换器市场快速增加同时，以下多个发展趋势值得关注：低电压大电流需求推进模块电源不停发展。比如数据通讯领域中5V输出所占百分比从30%下降到11%。 非隔离式DC/DC转换器比隔离式增加愈加快。 分布式电源比集中式电源发展快，其中IBA系统会成为关键方法。 DC/DC转换器对工艺技术提供新要求，并采取部分创新封装。 混合集成技术、高频化技术不停发展将造成功率密度深入提升。 设计日趋标准化，控制电路倾向于采取数字控制方法。 控制器件向多相位发展，现在已经有6相产品。 我们将对其中部分趋势展开分析，并对用户选择DC/DC转换器提供提议。 1.3.1 DC/DC转换器对工艺技术提出新要求 DC/DC转换器发展和半导体集成、封装技术和电路拓扑发展联络紧密，并对半导体工艺提出了新要求，包含： 1. 降低热阻，改善散热 即使中大功率DC/DC转换器效率有了很大提升，但因为功率密度较大，假如发烧元件热量不能立即散出，就会严重影响模块寿命，甚至会因为过热造成失效。为改善散热，现在中大功率转换器大全部采取多块基板叠合封装技术，控制电路采取一般印制板置于顶层，而功率电路采取导热性能优良板材置于底层。早期中大功率转换器前后采取陶瓷基板、直接键合铜技术(Direct Copper Bond，DCB)和绝缘金属基板(Insutalted Mental Substrate，IMS)来改善散热。现在，前两种已极少采取，而绝缘金属基板方法因为绝缘性能好、机械强度高、导热性能好而得到一致认可，成为转换器结构主流及提升转换器功率密度关键。 伴随分布式供电方法大量利用和系统小型化需求越来越多，用户在使用时不期望给转换器添加散热器，而靠系统强制风冷给转换器进行散热，所以敞开式高效低造型转换器成为发展主流。这种转换器采取一块多层厚铜箔PCB替换常规多块PCB层叠结构，经过多层厚铜箔PCB为载体将功率器件、磁性器件和控制电路集成在一起。这种结构能够降低磁性器件焊点或消除焊点、降低寄生参数、提升转换器效率；另外经过电路和器件合适选择，多层厚铜箔线路合适分布，能够使转换器模块温度均匀分布，提升模块可靠性。缺点就是对外界散热条件依靠比较大，使用时要求比较大功率降额。伴随系统散热问题处理，这种结构转换电源将会得到越来越广泛使用。 2. 混合集成技术采取 为提升功率密度，多年开发DC/DC转换模块无一例外地采取表面贴装技术。而转换器中器件关键分为控制器件和功率器件，要提升功率密度就必需从这两方面入手。因为控制电路不能提供输出功率，所以应尽可能减小其所占体积；同时伴随集成电路工艺发展，由分立器件组成控制电路可被集成为一个控制芯片，从而深入提升转换器功率密度。但因为功率器件设计时考虑是几百伏电压、几百安电流、闪电式诱发瞬变和每微秒几百安负载瞬变，研制完美性能功率器件是较困难，而要大量生产就愈加困难。所以为深入减小体积，混合集成技术发展也很快，它指直接购置裸片，经组装成为功效模块后封装，焊接于印制板上。这一方法功率密度更高，寄生参数更小，因为采取相同材料基片，不一样器件热匹配愈加好，提升了转换模块抗冷热冲击能力。 3. 采取扁平变压器和磁集成技术 在中大功率转换器中，为满足标准高度要求，大部分生产厂家自己定做磁芯。扁平磁芯变压器绕组制作存在一定难度，但采取这种磁芯能够深入减小体积、缩短引线长度、减小寄生参数。为减小焊点接触电阻，采取多层印制板磁集成技术多年来也得到了广泛应用。 1.3.2 DC/DC转换器对电路设计新要求 DC/DC转换器对电路设计也出了新要求，包含高频化、软开关和低压输出等技术。 1. 高频化技术 为缩小开关转换器体积、提升功率密度、改善动态响应速度，小功率DC/DC转换器开关频率将由现在200-500KHz提升到1MHz以上。但高频化又会产生新问题，如：开关损耗和无源元件损耗增大、高频寄生参数和高频EMI等问题，这必需经过合理设计进行抑制。 2. 软开关技术 为提升效率，多种软开关技术得到大量应用，包含无源无损(吸收网络)软开关技术和ZVS/ZCS谐振、准谐振、恒频零开关技术等有源软开关技术。目标是为了减小开关损耗和开关应力，以实现高效率高频化。 3. 低压输出技术 现在大量低压器件应用，如PDA、远程控制器、数码相机和手机等便携式设备，全部是用电池经DC/DC变换进行供电。其特点是负载改变大，多数情况下工作低于备用模式，长久轻载运行。这就要求DC/DC变换器含有以下特征：a)负载改变整个范围内效率高。b)输出电压低，CMOS电路损耗和电压平方成正比，供电电压低，则电路损耗小。c)功率密度高。这种模块采取集成芯片封装形式。低压输出技术关键是怎样提升转换器效率，降低转换器纹波，提升系统响应速度。 1.3.3 DC/DC控制器向数字多相发展 控制器件作为DC/DC转换器中关键器件之一，向数字多相化发展已成为肯定趋势。单芯片多相控制器和类似产品成为组成高电流DC/DC转换器和200A电压调整模块(VRM)基础元素。所以，控制器供给商也在为推出多相产品而比拼。比如安森美近期推出NCP5316芯片，该芯片每相工作频率最高达1MHz，据安森美称它是业内第一个4/5/6相控制器。 美信推出MAX8525是一个隔行扫描2到4相器件，每相工作频率最高为1.2MHz，也能够在VRM10主/从配置下达成2至8相。该企业表示，MAX8525含有平均电流模式控制器电流共享精度，和峰值电流模式控制器瞬时响应。在4相模式运行时，有效开关频率高达4.8MHz，8相模式下更是高达9.6MHz。 为了处理用传统拓扑架构搭建可升级系统所面临困难，国际整流器企业(IR)在去年早些时候推出Xphase架构，在这方面向前前进了一步。该设计含有面向n相系统内置同时。在含有板外控制/同时MOSFET经典操作中，一个6相转换器效率可达84%。 其它产品包含飞兆半导体FAN53168，它能够工作在4相模式，面向VRM/VRD10应用；SemtechSC4201，这是一个最多含有4相控制多相连接控制器，每相工作频率为2MHz。 在低压便携应用方面，凌特推出了LTC3425 DC/DC控制器，它最多含有4相，输入为0.54.5V时，提供3A和5V输出，用于便携式电脑和接口电子器件。 1.4 本论文内容及研究意义开关电源体积小、效率高，被誉为高效节能电源，现己成为稳压电源主导产品。当今开关电源正向着集成化、智能化方向发展。高度集成、功效强大开关型稳压电源代表着开关电源发展主流方向。本论文关键围绕目前流行集成开关电源芯片进行了小功率开关型稳压电源特征研究。2 开关电源分类及关键应用2.1 开关电源分类 边开发开关变频技术，大家开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件。二者相互促进推进着开关电源每十二个月以逾越两位数字增加率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰方向发展。开关电源可分为 AC/DC 和 DC/DC 两大类， DC/DC 变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在中国外均已幼稚和标准化，并已得到用户认可，但 AC/DC 模块化，因其本身特征使得在模块化进程中，碰到较为复杂技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源结构和特征作以叙述。 2.1.1 常见开关电源型式AC-DC：如个人用、家用、办公室用、工业用(电脑、周围、传真机、充电器) DC-AC：如车用转换器(12V115/230V) 、通信交换机振铃信号电源 AC-AC：如交流电源变压器、变频器、UPS不间断电源 DC-DC：如可携带式产品(移动电话、笔计本电脑、摄影机，通信交换机二次电源) dc-dc是指直流转换开关电源,在移动电话、笔计本电脑、摄影机等产品中,需将低压直流电压变成高压直流电压,即进行DC-DC变换。2.1.2 DC/DC 变换 也称为直流斩波。斩波器工作方法有两种， DC/DC 变换是将固定直流电压变换成可变直流电压。一是脉宽调制方法 Ts 不变，改变 ton 通用 ) 二是频率调制方法， ton 不变，改变 Ts 易产生干扰）其具体电路由以下几类： 其输出平均电压 1 Buck 电路 降压斩波器。 U0 小于输入电压 Ui 极性相同。 其输出平均电压 2 Boost 电路 升压斩波器。 U0 大于输入电压 Ui 极性相同。 其 3 Buck Boost 电路 降压或升压斩波器。 电感传输。 输出平均电压 U0 大于或小于输入电压 Ui 极性相反。 其输出平均电 4 Cuk 电路 降压或升压斩波器。 电容传输。 压 U0 大于或小于输入电压 Ui 极性相反。 2.2 开关电源关键应用技术2.2.1 高频磁性元件 电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件材料、结构和性能全部不一样于工频磁元件，有很多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料，要求其损耗小、散热性能好、磁性能优越。适适用于兆赫级频率磁性材料为大家所关注，纳米结晶软磁材料也已开发应用。 2.2.2 软开关技术 频化以后，为了提升开关电源效率，必需开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界一个研究热点。 PWM开关电源按硬开关模式工作(开关过程中电压下降上升和电流上升下降波形有交叠)，所以开关损耗大。高频化虽能够缩小体积重量，但开关损耗却更大了。为此，必需研究开关电压电流波形不交叠技术，即所谓零电压开关(ZVS)零电流开关(ZCS)技术，或称软开关技术，小功率软开关电源效率可提升到800%85%。上世纪70年代谐振开关电源奠定了软开关技术基础。随即新软开关技术不停涌现，如准谐振(上世纪80年代中)全桥移相ZVS-PWM，恒频ZVS-PWMZCS-PWM(上世纪80年代末)ZVS-PWM有源嵌位；ZVT-PWMZCT-PWM(上世纪90年代初)全桥移相ZV-ZCS-PWM(上世纪90年代中)等。中国已将最新软开关技术应用于6kW通信电源中，效率达93。 2.2.3 同时整流技术 对于低电压、大电流输出软开关变换器，深入提升其效率方法是设法降低开关通态损耗。比如同时整流(SR)技术，即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管，替换萧特基二极管(SBD)，可降低管压降，从而提升电路效率。 2.2.4 功率因数校正(PFC)变换器 因为ACDC变换电路输入端有整流器件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电电子设备，电网侧(交流输入端)功率因数仅为0.6-0.65。采取功率因数校正(PFC)变换器，网侧功率因数可提升到0.950.99，输入电流THD10。既治理了对电网谐波污染，又提升了电源整体效率。这一技术称为有源功率因数校正(APFC)，单相APFC中国外开发较早，技术已较成熟；三相APFC拓扑类型和控制策略即使已经有很多个，但还有待继续研究发展。 通常高功率因数ACDC开关电源，由两级拓扑组成，对于小功率ACDC开关电源来说，采取两级拓扑结构总体效率低、成本高。假如对输入端功率因数要求不尤其高时，将PFC变换器和后级DCDC变换器组合成一个拓扑，组成单级高功率因数ACDC开关电源，只用一个主开关管，可使功率因数校正到0.8以上，并使输出直流电压可调，这种拓扑结构称为单管单级PFC变换器。 2.2.5 电磁兼容性 高频开关电源电磁兼容(EMC)问题有其特殊性。功率半导体器件在开关过程中所产生didt和dvdt，将引发强大传导电磁干扰友好波干扰，和强电磁场(通常是近场)辐射。不仅严重污染周围电磁环境，对周围电气设备造成电磁干扰，还可能危及周围操作人员安全。同时，电力电子电路(如开关变换器)内部控制电路也必需能承受开关动作产生EMI及应用现场电磁噪声干扰。上述特殊性，再加上EMI测量上具体困难，在电力电子电磁兼容领域里，存在着很多交叉学科前沿课题有待大家研究。中国外很多大学均开展了电力电子电路电磁干扰和电磁兼容性问题研究，并取得了不少可喜结果。 2.2.6 系统集成技术 电源设备制造特点是非标准件多、劳动强度大、设计周期长、成本高、可靠性低等，而用户要求制造厂生产电源产品愈加实用、可靠性更高、更轻小、成本更低。这些情况使电源制造厂家承受巨大压力，迫切需要开展集成电源模块研究开发，使电源产品标准化、模块化、可制造性、规模生产、降低成本等目标得以实现。 实际上，在电源集成技术发展进程中，已经经历了电力半导体器件模块化，功率和控制电路集成化，集成无源元件(包含磁集成技术)等发展阶段。多年来发展方向是将小功率电源系统集成在一个芯片上，能够使电源产品更为紧凑，体积更小，也减小了引线长度，从而减小了寄生参数。在此基础上，能够实现一体化，全部元器件连同控制保护集成在一个模块中。 上世纪90年代，伴随大规模分布电源系统发展，一体化设计观念被推广到更大容量、更高电压电源系统集成，提升了集成度，出现了集成电力电子模块(IPEM)。IPEM将功率器件和电路、控制和检测、实施等单元集成封装，得到标准，可制造模块，既可用于标准设计，也可用于专用、特殊设计。优点是可快速高效为用户提供产品，显著降低成本，提升可靠性。3 系统方案设计3.1 系统框图构思整个系统由哪些功效模块组成，和各个功效模块之间相互控制关系，将各功效模块联络起来画出总体功效模块图。电源输入DC-DC电源模块赔偿采样滤波电路滤波电路3.2 DC-DC芯片选型现在市场上DC/DC转换模块品牌和种类繁多，国际大厂商包含Tyco, Vicor, Emerson, Power-one, SynQor和Artesyn等企业，表1列出了北美和欧洲DC/DC转换器前10名供给商(5月排名)。另外，中国当地较大DC/DC转换器厂商还包含：艾默生网络能源、北京新雷能、北京迪赛和中兴通讯等企业。其中，艾默生网络能源销售额远远多于其它厂商。 3.2.1 DC-DC选型基础标准1. 依据需要选择合适产品 在选择产品之前要明确知道自己切实需求，不然选择产品不能充足表现其使用价值，实际上是增加了设计和材料成本。 2. 选型必需符合电源发展趋势 最好是选择符合电源发展趋势产品，这种转换器通常更能符适用户需求，同时为一个模块多个用途打下良好基础；另外该类转换器技术应比较成熟、可靠性高、价格相对合理、货源比较充足，产品生命周期也比较长。假如选择非主流产品，以后在采购、生产和维护中会出现一系列问题，会影响系统可靠性和竞争力。 3. 新系列选型必需慎重，应兼顾标准封装和可靠性问题 转换器可靠性总是处于第一位，在新系列选型时要对转换器可靠性进行充足论证和测试，可靠性不能确保产品即使价格再低也是不值得考虑。另外还应该考虑转换器封装和功效是否是兼容，假如该转换器封装和功效很特殊，没有其它品牌产品和之兼容，使用这种转换器会遭受独家垄断所带来一切负面影响。 3.3 本系统DC-DC选型AP1501A大电流DC/DC降压5APWM降压DC/DC，TO263/220，输入3.6-45V，转换效率高达%.4 系统硬件设计4.1 电路原理介绍开关管开通和关断时间比率，开关电源是利用现代电力电子技术。维持稳定输出电压一个电源，开关电源通常由脉冲宽度调制（ PWM 控制 IC 和 MOSFET 组成。开关电源和线性电源相比，二者利息全部伴随输出功率增加而增加，但二者增加速率各异。线性电源本钱在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为利息反转点。伴随电力电子技术发展和创新，使得开关电源技术也在不时地创新，这一利息反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了宽广发展空间。 高频化使开关电源小型化，开关电源高频化是其发展方向。并使开关电源进入更广泛应用领域，尤其是高新技术领域应用，推进了高新技术产品小型化、轻便化。另外开关电源发展和应用在节省能源、节省资源及维护环境方面全部含相关键意义。 开关电源中应用电力电子器件关键为二极管、 IGBT 和 MOSFET GP 驱动困难， SCR 开关电源输入整流电路及软开启电路中有少许应用。开关频率低，逐步被 IGBT 和 MOSFET 替换。 开关电源三个条件 1 开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态 2 高频：电力电子器件工作在高频而不是靠近工频低频 3 直流：开关电源输出直流而不是交流4.2 AP1501A介绍本设计利用1501A作为主控芯片,AP1501A是一颗性能优良DC-DC集成芯片,其输出电压稳,电流可达3-5A,纹波小，现在已成为很经典低电压DC-DC应用ICAP1501 是一颗 150KHz 3A PWM Buck DC/DC Converter ，其电能转换效率 (Conversion Efficiency) 最高可达 90% 以上。 AP1501 内建 Switch 来驱动 3A 负载电流，可省去外挂电晶体，其切换频率 (Switching Frequency) 达 150KHz ，可大为降低搭配电感和电容乘积，从而有效节省 PCB 使用面积。 AP1501 系列提供固定电压和可调电压二种工作方法，方便于系统设计人员弹性利用。固定电压方法 AP1501 接收 4.5V 到 45V 输入电压，而提供稳定 3.3V ， 5V 及 12V 输出电压。可调电压方法 AP1501 则随系统设计需要提供 1.23V 至 42V 任意输出电压，并确保最大总体误差为 4% 。 AP1501 含有限流 (Current Limit) 和热停机 (Thermal Shutdown) 等保护功效，并额外建置外部控制开 / 关 (On/Off Logic) ，使得系统设计人员能够轻易地开启省电 (Stand-by) 方法，在省电方法下， AP1501 功耗仅有 150A ，多用于车载电子产品如 Car DVD 、 LCD Monitor(TV) 、 XDSL 等； AP1501 采取标准 5-Lead TO220 和 5-Lead TO263 封装，完全兼容国半 LM2596 、 LM2576 。此系列其它型号 AP1506(7) 相对 AP1501 只是最高输入电压为 24V ，在低压输入情况下提供成本愈加好处理方案，其中 AP1507 采取标准 TO252 封装，兼容 PQ1CG2032 。4.3 220V转DC12V电路设计4.3.1 AC-DC电压变换电路原理图设计本电路设计为后续DC DC 电路供电。 AC220市电经220V9V变压器变压，然后经桥式整流电路，再经电容滤波电路，变成直流12.6左右给后面DC-DC电路作为输入电压。步骤图以下图所表示：AC220V交流电降压整流滤波 在系统中，关键是讲述DC-DC电路设计,故这一部分电路在实际电路制作中未制作,用AC220V-DC12V电源适配器替换。4.4 DC-DC原理图设计开关电源是一个比较新型电源。它含有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。不过因为电路工作在开关状态，所以噪声比较大。如上图所表示，D2为防反接保护二极管,D4为TVS管,预防干扰损坏IC或破坏整机性能.E1,E2,C2,C3为滤波电容，SS34为续流二极管.当开关闭合时，电感L1给负载供电，并将部分电能储存在电感L1和电容E4中。因为电感L1自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立即达成电源电压值。一定时间后，开关断开，因为电感L1自感作用（能够比较形象认为电感中电流有惯性作用），将保持电路中电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D5正极，经过二极管D5，返回电感L1左端，从而形成了一个回路。经过控制开关闭合跟断开时间（即PWM脉冲宽度调制），就能够控制输出电压。假如经过检测输出电压来控制开、关时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压目标。在开关闭合期间，电感存放能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L1叫做储能电感。二极管D5在开关断开期间，负责给电感L1提供电流通路，所以二极管D5叫做续流二极管。4.5 效率分析及计算从系统总体分析，整流后输出功率损耗分布在两个部分，一个是DC-DC降压主回路，另一个是后面负载电路部分。依据AP1501A技术文档，这类降压电路效率应该能够做到90%以上。从本系统分析，第二部分本身功率损耗比较小，留足余量根据100mA经过电流5V供电电压计算，这部分功耗只有0.2W，占总功率25W0.8%，这是完全能够承受。不过因为前级输入电压为12.6V若采取线性电源，如L7805等电压芯片，那么在其上功耗便有(12.6V-5V)0.1A=0.66W，加上原有功耗，那么在这部分消耗功率将达成总功率3%，这个会极大降低电源性能。所以这部分供电采取DC-DC模式降压输出,损耗要低很多。对于DC-DC降压部分，二极管损耗，因为二极管并非一直导通，而且设计中使用了低压降肖基特二极管替换了一般快恢复二极管，所以其功耗上限值为0.3V2A=0.6W。开关管集成在 AP1501A内部，根据1W损耗计算。铜损、铁损损耗需要依据实际使用磁芯及布线寄生电阻而定，初步估算为0.5W。这么依据上述分析计算系统功耗(0.6W+0.66W+1W+0.5W)/25W=11.04%，并结合芯片技术文档分析本系统进行合适优化，效率应该能够达成90%。5 结论和展望经过这次毕业设计，使我受益良多。四年理论知识学习和应用和实践。了解进行项目设计步骤和注意问题。以前简单单任务开发比较简单，毕业设计能够从理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识和培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全方面培养学生全方面素质。在设计过程中，前期，我在资料搜集、课题选择、方案选定方面做了不少工作。我还对所学和设计相关课程作了系统复习。经过这次系统毕业设计，熟悉了对一项课题进行研究、设计和试验具体过程。在未来工作和学习当中全部会有很大帮助。 而且学会了怎样查阅资料和利用工具书。在设计中有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，以提升自己应用能力，而且还能增加自己见识，学习更多专业知识。实践能力得到了深入提升，在设计过程中积累了部分经验。该开关电源应用广泛,使用简单,外围电路也很精炼,经过实际使用说明，含有精度高，纹波小,输出电压稳定,等特点。因为本人电子水平有限，电子设计实践经验较少，论文中难免会存在缺点和错漏，恳请各位老师同学批评纠正。谢谢6 鸣 谢在本设计完成之制，我要感谢我指导xxx老师给我指导和帮助，还有我班xxxx等同学，她们在我设计过程中给了很多帮助。在此表示衷心感谢。同时感谢在我四年大学生活中教导我老师和同学。谢谢答辩组老师百忙中对我设计阅览和指导。7 参考文件1 胡斌.电子线路快速识图M,2 曲学基, 王增福, 曲敬铠 .稳定电源电路设计手册M，3 周志敏, 周纪海.开关电源实用技术-设计和应用M，4 张占松，蔡宣三 .开关电源原理和设计（修订版）.北京：电子工业出版社，5 周志敏, 周纪海, 纪爱华.开关电源实用电路M，6 万福君，潘松峰.单片微机原理系统设计和应用M. 合肥：中国科学技术大学出版社， 7 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社M，8 赵学泉,张国华.电源电路M，19959 文艳，谭鸿.Protel 99 SE 电子电路设计M.北京：机械工业出版社，10 段九州.电源电路实用设计手册M.辽宁：辽宁科学技术出版社.11 沙占友.单片开关电源最新应用技术 M，12 日户川治郎著；何伟仁译.实用电源电路设计手册中译文 M，199013 户川治朗 著，高玉苹等译.实用电源电路设计中译文 M，14 车京春、韩晓东.PROTEL DXP印制电路板设计指南M， 中国铁道出版社 15 李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社 199916 赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计编著.人民邮电出版社8 附 录：总电路图