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单片开关电源的设计

时间:2016-10-27 12:00:00 编辑:知网 阅读:

摘要:近些年来,伴随着电子信息科技的飞速发展,我国现今已经成为世界上生产和使用开关电源和模块的大国。开关电源拥有低损耗,高效率的明显优点,受到各界人士的喜爱。目前,开关电源正在向着更薄,更小,更轻的方向发展着。它具有高集成度,最简化的外围电路,以及高性价比等特点。本文将就TOPSwitch-2型开关为基础来进行一个简单地开关电源的设计,并且对设计过程中需要注意的东西进行简单的分析。

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1 绪论

单片开关电源是上世纪90年代开始流行的一种电源芯片。

在电子技术,通信技术,计算机技术飞速发展的今天,人类使用计算机来远程遥控各种物品的技术也变得越来越先进并且迅速发展获得了广泛的应用。在单片机控制系统的开发过程中,要注重开发设备的智能性,自动化程度等方面来体现我们的控制系统的优越性。因此,单片机的学习将有助于培养学生们计算机应用和智能自动化控制方面的科学素养。除此之外,开关电源技术的进步在节约能源资源和实现资源的可持续利用和发展都具有重要的意义。知网论文检测系统

 

 

1.1 课题背景及意义

开关电源久负盛名,被大家称为高效节能环保的优秀电源,可以说它指明了未来高效电源的发展方向,成为了线性稳压电源的中流砥柱。21世纪是信息化的社会,同时他也是注重效率的时代,在社会发展越来越快的今天,人们对电子产品的需求也变得越来越大。然而只要是电子产品都离不开电源。因此,开关变得更小更轻,耗能更少,效率更高就变得越来越重要。开关电源比一般的电源更小,更轻,更加的有效率,这点弥足可贵。尤其是开关电源在高频范围内变得更加的有效可靠,同时还能变得更小更方便。这样的优势让高频开关电源成为业界最受欢迎的电源。开关电源由两部分构成,分别是控制级和功率级。功率级在我们设计电路的时候可以根据实际需要选择合适的电路拓扑结构,电路中的半导体原料也是很重要的一个组成环节;控制级的作用根据不同的电信号来决定不同的控制方式。目前的开关电源大多采用PWM控制。

1.2 开关电源的发展历史及现状

开关电源的发展历史较为短暂,上世纪50年代初,美国宇航局为了适应航天工作需要更轻更小更高效的电源,因此开发了开关电源。半个世纪过去了开关电源也发生了很多变化,开关电源的优势在于轻小耗能低并且性能相当稳定,慢慢地将传统电源从历史长河中踢出,最终完全取代。到目前为止已经广泛应用到了电子机器与设备中。

计算机在20世纪80年代的时候成功完成了开关电源化的重要变革,成功完成了传统计算机产业的电源革命。在20世纪90年代,开关电源领域的电子产品、机电设备、家用电器已广泛应用,开关电源技术进入一个快速发展的时期。

到了21世纪,集成化开关电源的发展路线分为下面两种。第一个方向是开关电源的核心单元,集成控制电路。第二个方向是中小功率开关电源实现单片集成电路。1977年国外公司首先研制出PWM(脉冲宽调制)控制器集成电路,美国Motorola公司等先后推出了各自的经典产品:MC3520、SG3524等。20世纪80年代初,意法联合ST公司首先推出了L4960系列单片开关式稳压器,将功率输出级,脉宽调制器,保护电路等集中在一个芯片中,但使用时要注意搭配变压器和电网隔离。开关电源越来越集成化是未来的发展方向,因此,对高精细度的半导体材料要求越来越高,零件的制作水平会成为开关电源发展的一个制约。

在21世纪,我们市面上的开关电源大多是采用功率管双极型晶体管的技术,开关的频率基本可以而稳定在几千赫兹;而使用了MOSFET技术转换的开关电源的频率大概是几百赫兹。那么我们为了得到更高的开关频率,这时候使用高速开关装置。谐振开关方式适合用于频率兆HZ数量级以上的开关电源,这种工作方式大大提高了开关的效率,理想情况下甚至可以达到零损耗,这是一种提高开关电源工作频率的方式。

1.3 开关电源的应用

在现代网络中,开关电源是很常用的。这些电源往往意识到使用单片开关电压调节器。许多访问类型的单片开关稳压器,家族TOPSwitch监管机构提供的功率集成(美国加利福尼亚州圣何塞)值得特别关注。这些监管机构的特点是广泛的容许值的输入电压,瓦时效率高,电路简单的应用程序。这些监管机构拥有只有三个终端,在他们的结构包含等块:振荡器、脉冲 宽度调制(PWM),误差放大器,集/复位触发器(RS)和输出级功率金属氧化物半导体(MOS)晶体管。这些监管机构也包括过电流和温度保护电路。

TOPSwitch 家族由七种类型的集成电路符号top221 - 227[3]。每个集成电路从这个家庭有不同的容许值范围7 - 150 W的输出功率和输出电流的不同的容许值范围0.25 - 3。

截止到目前为止,开关电源的主要应用方面体现在以下几个方面:办公自动化和机电一体化;在实时过程控制中的应用;在日常生活及家用电器领域的应用;将单片机带入到日常生活中以及各种各样的精密仪器里,简化仪器仪表的硬件结构,提高性能价格比;在计算机通讯中的使用;电子汽车产品,飞机高铁上的高精尖仪器甚至军事设施中都和单片开关电源有着分不开的关系。

随着科技的发展,电子技术也以我们肉眼可见的速度飞速发展着,电子设备与我们的日常生活联系的日益紧密。而一个好的电子设备肯定会搭配一个好的电源的,到90年代的时候,各种各样的电子设备,交换机,通讯仪器,还有高精度电子检测器已经广泛的使用了开关电源技术、这也从侧面推动了电源技术的发展。

二、 TOP开关的结构以及工作原理

TOPSwich-II芯片是一种三端的开关电源,将PWM和MOSFET合成新的集成芯片。高频开关电源,这不仅是简单的电路,可以加强电源电磁兼容性能的同时,还可以降低生产成本。文章介绍了基于TOPSwitch-2单片开关电源的设计方法,可以设计应用于温度控制仪表四路输出开关电源。TOPSwich-II是美国PI公司推出的三端引脚、PWM单片集成电路,单片集成开关电源,最简单的外部的电路分布、它的各个性能指标都是最佳的,电气隔离的程度非常高,因此可以被称作是最好的开关电源。在中小功率的开关电源开发中的地位不可撼动。在像笔记本电脑,数码相机,VCD和DVD、某些充电器、手持相机,功率放大器用等上面被广泛应用。它有以下的性能特点:(1)PWM控制系统的灵魂在它的三端芯片中。如果要隔离开高频输出变压器,那么使用电网是个不错的选择。在系统使用的CMOS电路中,为了减少消耗拥有更高的效率,我们可以给其装备上更小的过滤装置;(2)这是一个开放的漏级输出,使用当前线性监管者责任AC / DC电源转换器,这是一个使用电流来进行电流控制的开关电源;(3)输入交流电压的频率有着很大的变化区间。用110V/115V/230V等交流电源当作固定电压输入,适应交流电源输入范围大概在85〜265V,频率的输入范围也在47440Hz左右;(4)开关频率的典型值为100kHz,允许频率范围90~110kHz,占空比调节的变化范围1.7%~67%;(5)TOPSwitch-II伴随着自动重启并周期性的限制电流,它可以完美地保护电源变压器初级和次级电路。TOPSwitch-II开关芯片还具有热关断选通功能,可有效的保护电路过载时电力事故;(6)拥有相当简单的外围电路,低廉的成本,除了整流滤波外,还有漏级钳制保护电路、反馈电路和输出电路。

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