2015全国电子设计大赛_开关电源类指导教案.ppt

Page ? * LOGO 基于07年开关电源题目分析 开关电源就题论题 题目 一、任务 设计并制作如图1所示的开关稳压电源。 题目 二、要求 在电阻负载条件下，使电源满足下述要求： 1．基本要求 输出电压UO可调范围：30V～36V； 最大输出电流IOmax：2A； U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%(IO=2A) IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%(U2=18V) 输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； DC-DC变换器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； 具有过流保护功能，动作电流IO=2.5±0.2A 题目 2．发挥部分 进一步提高电压调整率，使SU≤0.2%（IO=2A）； 进一步提高负载调整率，使SI≤0.5%（U2=18V）； 进一步提高效率，使≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A） 排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态； 能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值1V，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。 其他。 题目 三、说明 DC-DC变换器不允许使用成品模块，但可使用开关电源控制芯片。 U2可通过交流调压器改变U1来调整。DC-DC变换器（含控制电路）只能由UIN端口供电，不得另加辅助电源。 本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于20MHz模拟示波器（AC耦合、扫描速度20ms/div）测量UOPP。 本题中电压调整率SU指U2在指定范围内变化时，输出电压UO的变化率；负载调整率SI指IO在指定范围内变化时，输出电压UO的变化率；DC-DC变换器效率?=PO/ PIN，其中PO＝UOIO，PIN＝UINIIN。 题目 电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故障）。 制作时应考虑方便测试，合理设置测试点. 设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。 评分标准 评分标准 评分标准 题目分析 何为电源？ 答： 1.电源是功率系统，是其它系统最基本的输入，有电力系统的地方就有电源。 2.按照其它系统的要求，电源可以分为一下几大类：线性电源，开关（DC-DC)电源，逆变（DC-AC）电源，“顺”变（AC-DC）电源。这些当中开关电源和逆变电源是难点，也是常考点。 电源一般有哪些指标？ 答：直流电源：输出功率，效率，精度，交流纹波，负载调整率，电压调整率。 交流电源：输出功率，效率，精度，总谐波失真，频率稳定性，幅值稳定性。 电源难不难？ 答：相比于仪器和控制，电源重在实践，但是不轻于理论。要敢于尝试，创 新。要有自己的想法和积累的经验。 题目分析 要求: 输出电压UO可调范围：30V～36V； 最大输出电流IOmax：2A； 保护功能 U2=15~21V UIN=(1.2)U2=18-26V 升压1.15~2倍 升压电路 题目分析 系统方案设计时最简单的方案才是最稳定的，我们不计成本，用最好的芯片力求换取最简单的方案。 比如我们在测量本题的30至36V输出电压时，简单的分压跟随测量进入AD的电压是3至3.5V左右，与AD的满量程相差甚远，因此有人考虑采用线性运算电路，将30至36V转换到0至5V测量，这样甚好，但是电路相对就复杂了，我们可以用更准确的AD（如ADS1118）来测量，问题迎刃而解。 所以本题我们不考虑什么反激电路，半桥电路等，我们就用最简单的BOOST电路： 题目分析 单管反激式： 半桥电路： BOOST拓扑分析 开关导通电感电流和电感两端电压满足这样的关系： 开关关断电感电流和电感两端电压满足这样的关系： BOOST拓扑分析 整个周期电感电流波形是这样的： BOOST拓扑分析 以上是BOOST电路工作的两种状态，那么BOOST电路输出与输入有什么关系呢，有很多方法可以推倒出来，我们不妨以电感为对象，由能量守恒可知电感在开关导通时充的能量与开关关断时释放的能量相等。 设开关导通时间为Ton，关断时间为Toff，IL为整个工作周期电感的平均电流。 开关导通时电感积累的能量为 Pin=Uin*IL*Ton。 开关关断时电感释放的能量为Pout=（Uo-Uin）*IL*Toff。 由于Pin=Pout可得: 上式左边便是开关PWM占空比D。 需要注意的是这个结果是电感电流始终不为零推倒的，实际上在不加负载时电感上的电流不是连续的，但是仍然可以借助于能量守恒来分析，请同学们自己看书。 BOOST拓扑分析 在上述分析中我们得到BOOST拓扑在电感电流连续的情况下输入输出电压与开关占