第一篇：开关电源研修报告
开关电源研修报告
学号：20145295
姓名：熊成
摘要:随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多,电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。近年来 ,随着功率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术及开关电源理论的发展 ,新一代的电源开始逐步取代传统的电源电路。该电路具有体积小，控制方便灵活，输出特性好、纹波小、负载调整率高等特点。
开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。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。本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计小汽车中的音响供电电源，利用MOSFET管作为开关管，可以提高电源变压器的工作效率，有利于抑制脉冲干扰，同时还可以减小电源变压器的体积。
1、所用器件
1.1 TL494芯片 1个 电阻1Ω 1个 电阻4.7kΩ
3个 电阻33Ω 2个 电感1.0m 1个 电容 0.001C 1个 电容10C 1个 电容50C 2个 电容500C 1个 mr850二极管 2个 tip32a 三极管 2个 电压源5V
1.2 TL494简介
TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求[10]。TL494能产生PWM，能调整频率和脉宽，还有一路基准电压，这些都满足DC-DC的条件，采用不同拓扑，得到升压和降压，如图2-1所示：
1，采用推挽（push-pull）方式，升压，可以改变反馈电阻，得到其他电压；
2，采用BUCK拓扑降压，可以改变反馈电阻，得到其他电压；其外形图如图2-1
TL494其他主要特点如下：
(1)集成了全部的脉宽调制电路。
(2)片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个(一个电阻和一个电容)。
(3)内置误差放大器。(4)内止5V参考基准电压源。(5)可调整死区时间。
(6)内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力。
(7)推或拉两种输出方式。
图2-1 1.3 TL494的工作原理
TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0—3.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围。
2、工作原理 2、1 脉冲产生电路如图2-1所示，电路由tl494芯片及其外围电阻，电容共同构成。Tl494芯片的ct和rt外部的一个电阻和一个电容决定其频率大小。
图2-1 2、2 如图2-2所示，半桥推免电路由两个三极管TIP32c组成，在基级和发射级之间串接一个47欧的电阻为三极管提供偏置电压。
图2-2 2、3 整流滤波的方法很多，如桥堆整流，单个二极管整流等。这里使用二极管整流，加上一个470uN的电感，如图2-3所示。
图2-3 2、4 电路原理图如图2-4所示
图2-4
3、测量结果
4、结论
5、心得
开关电源技术是一门运用半导体功率器件实现电能的高效率变换、将粗电变成精电，以满足供电质量要求的技术。由于在开关电源中半导体功率器件工作在高频开关方式，因此它具有高效率、高功率密度、高可靠性。正是因为开关电源的突出优点，开关电源更替线性电源是发展的必然趋势，因此研究开关电源有着很重要的意义和实用价值。
参考文献
基于脉宽控制器TL494的升压开关电源 肖东升，吴东，李家旺 基于TL494PWM控制的电动车开关电源设计 秦逸平，袁惠娟
基于TL494的双向Buck-Boost BDC高效开关电源设计黄仲平，徐航，沈烨
基于TL494芯片的导航雷达开关电源设计 杨建，邓志清，李正华 基于TL494开关电源的研究 蔡广亮，宋建成，李永学，田敏
第二篇：开关电源维修实习报告
开关电源维修实习报告
一、实习目的：
1.通过实习让学生掌握开关电源整机电路；
2.能够根据印制电路板画出整机电路图；
3.能够识别检测开关电源的元器件；
4.能够正确拆卸和焊接元器件；
5.会测试主要工作点的阻值、电压和波形；
6.能够根据故障现象判断故障部位；
7.能够进行实际故障维修。
二、实训器材：
万用表、开关电源套件、电烙铁、焊锡、吸锡器。
三、实习原理与步骤：
1.认识拆卸、检测元器件。
电阻：5.6Ω，270k，5.1k，270Ω，2.7k，10k，15k。四个色环电阻的识别：
开关电源维修实习报告
小越好。若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。
反向特性测试，把万且表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，管子就是合格的。反之则不合格。
三极管：J9817，C1815(NPN)，A1015(PNP)。(a)判定基极。用万用表R×100或R×1k挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。当用
开关电源维修实习报告
5.故障检修：1故障现象，2故障部位，3故障判断，4检修方法和步骤，5检修结果。
四、实习收获和体会：
通过。。。
12059276 陈杰
第三篇：开关电源实训报告
开关电源实验报告
一、实验名称
30w-12v开关电源制作
二、实验目的
1.掌握buck降压型反激式开关电源原理、焊接、调试。2.熟悉uc3842主要性能参数、端子功能、工作原理及典型应用。
三、实验要求
1.输入电压av220v，调节输出电压为dc12v，输出功率30w。2.掌握电路板焊接工艺。
四、实验介绍
㈠开关电源介绍
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。
开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源具有以下特征：①电源电压和负
载在规定的范围内变化时，输出电压应保持在允许的范围内或按要求变化；②输出与输入之间有良好的电气隔离；③可以输出单路或多路电压，各路之间有电气隔离。本次实验是要采用uc3842制作一路输出的av220v-dc12v的30w开关电源。㈡开关电源原理 电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4部分组成。主电路采用单端反激式拓扑。控制电路是整个开关电源的核心，控制的好坏直接决定了电源整体性能，电路电流环控制采用uc3842内部电流环，电压外环采用tl431和pc817构成外部误差放大器。
输入市电首先经过滤波、整流后变换为直流电压，再经过直流变换器变换为所需的直流电压；通过检测和控制电路对其输出进行调整。
图4-1 开关电源基本结构框图
㈢主要元器件介绍 1）uc3842 〈1〉uc3842简介： uc3842是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流直直流变换器应用而设计的，这些集成电路具有可微的振荡器，能进行占空比的控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱式输入，是驱动功
率mosfet的理想器件。其他的保护特性包括输入和参考欠压锁定，各有滞后、逐周电流限制、可编程输出静区时间和单个脉冲测量锁存。
〈2〉uc3842的性能特点：
①它属于电流型单端pwm调制器，具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良、价格低廉等优点。能通过高频变压器与电网隔离，适于构成无工频变压器的20~50w小功率开关电源。
②最高开关频率为500khz,频率稳定度达0.2%。电源效率高，输出电流大，能直接驱动双极型功率晶体管或vmos管、dmos管、tmos管。输出电流为200ma，峰值为1a，既可驱动双极型三极管也可驱动mosfet管。若驱动双极型三极管，应加入开关管截止加速rc电路，同时将内部振荡器的频率限制在40khz以下；若驱动mosfet管，振荡频率由外接rc电路设定。
③内部有高稳定度的基准电压源，典型值为5.0v，允许有±0.1v的偏差。温度系数为0.2mv/℃。
④稳压性能好。其电压调整率可达0.01%/v,能同第二代线性集成稳压器（例如lm317）相媲美。启动电流小于1ma,正常工作电流为15ma。⑤除具有输入端过压保护与输出端过流保护之外，还设有欠压锁定电路，使工作稳定、可靠。
⑥最高输入电压vim=30v，输出最大峰值电流ipm=1a,平均电流为0.2a,本身最大功耗pom=50w。dm=1w,最大输出功率p ⑦启动电压大于16v、启动启动前电源电流仅0.5ma。处于正常工作状态时，工作电压在10～34v之间，负载电流为15ma。超出此限制，开关电源呈欠电压或过电压保护状态，无驱动脉冲输出。
⑧内设5v(50ma)基准电压源，经2∶1分压后作为取样基准电压。
⑨内设过流保护输入端(3脚)和误差放大器输入端(1脚)两个pwm控制端。误差放大器输入构成主pwm控制系统，可使负载变动在30%～100%时输出负载调整率在8%以下，负载变动70%～100%时输出负载调整率在3%以下。
⑩过流检测输入端可对逐个脉冲控制，直接控制每个周期的脉宽，使输出电
压调整率达到0.01%/v。如果3脚电压大于1v或1脚电压小于1v，pwm比较器输出高电平使锁存器复位，直到下一个脉冲到来时才重新置位。利用1脚和3脚的电平关系，在外电路控制锁存器的开/闭，使锁存器每个周期只输出一次触发脉冲。因此，电路的抗干扰性极强，开关管不会误触发，提高了可靠性。
〈3〉uc3842的引脚排列及内部框图
图4-2 uc3842结构图 uc3842采用dip-8封装如上图4-2，管脚vi、vo、gnd端分别接输入电压、输出电压、地。vref为内部5.0v基准电压引出端。rt/ct是外接定时电阻、定时电容的公共端。uc3842内部框图如图2,其主要包括5.0v基准电源，振荡器、误差放大器，过流检测电压比较器、pwm锁存器、输入欠压锁定电路、门电路、输出级、34v稳压管。
①5v基准电源：内部电源，可以提供5v/50ma的输出。
②振荡器：决定电源开关频率，rt接在4脚和8脚之间，ct接4脚、gnd和5脚之间。⑤欠压锁定电路uvlo：开通阈值16v，关闭阈值10v，具有滞回特性。
⑥pwm锁存电路：保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期，即所谓逐个脉冲控制。另外，vcc与gnd之间的稳压管用于保护，防止器件损坏。
⑦输出电路：图腾柱输出电路，输出pwm触发信号，可驱动mos管及双极型晶体管。2）tl431 tl431在开关电源中起到误差放大器的作用，将产生的直流电压与标准的+12v比较，将误差通过pc817送到uc3842中，从而控制q1的开通和关断。
将输出的电压经r19和r18降压，输入tl431进行比较，再通过电位计svr调节，使输出电压达到+12v。
〈1〉内部结构
tl431内部结构如图4-3所示。cathode 图4-3 tl431的内部结构图 〈2〉tl431的相关参数
在绝对极大等级下；阴极电压可达到37v，阴极电流值范围为-100~+150ma。一般在实际应用时，阴极电压取36v，阴极流过的电流值为100ma。反馈输入电压为2.495v，反馈输入电流为1.5ma。
〈3〉tl431的典型应用篇二：毕业实习报告——开关电源
毕 业 实习报 告
班 级学 号 学生姓名
指导教师
电气工程与自动化系
2013年 4月13日
一、实习目的
1、通过毕业实习加深对专业知识的理解
在四年大学生活中，学生对专业先关知识进行了系统的学习，已基本具备专业相关素质。但通过课本学习和实验训练，学生很难深入理解所学专业，所以毕业实习至关重要，是本科阶段最后一个也是最关键一个环节。毕业实习期间，学生可以更深刻地体会到平日所学在社会相关行业中的应用，进而联系课本相关知识，加深对其的理解。
2、通过毕业实习更好完成毕业设计
毕业实习一般与毕业设计先关，它的质量关系到了毕业设计的好坏，作为大学期间最重要的实习之一，必须认真参与。通过最后一次实习，让学生进一步了解生产现场，把在校期间的学习和生产结合起来，发现自己的不足，以更好地完成毕业设计。
3、通过毕业实习增强实践能力
在毕业实习期间，学生接触到的不再是课本上硬生生的理论，可以亲眼看到、亲手摸到专业相关仪器设备，并可以了解设计制作、生产加工、维护管理等一系列环节的工作。通过亲身投入工作，可以充分锻炼动手实践的能力，避免一般大学生眼高手低的缺点。
4、通过毕业实习了解相关行业发展状况，把握以后发展方向
现代社会发展迅速，从课本上学到的知识、看到的信息部分已经过时，要想了解行业发展动态、真正做到学有所用，必须深入社会相关行业。毕业实习也就为我们提供了这么一个机会。通过实习，我们可以真正了解到目前广泛应用的技术，也为我们日后的学习和发展找准方向。
5、通过毕业实习锻炼学生职业化相关素质，以更好融入社会
学生即将离开校园步入社会，必须丢掉自己做学生时的一些行为习惯，以适应社会生活。而“职业化”是衡量一个人能不能胜任一份工作的标准，如何使学生具备“职业化”的相关素质也是大学教育的一个重点。通过毕业实习，学生可以初步了解职场，了解自己应该具备哪些职业素质，为以后的发展奠定基础。
二、实习时间和地点
? 实习时间：2013年4月1日——2013年4月10日 ? 实习地点：洛阳嘉盛电源科技有限公司（河南省洛阳市高新技术开发区延光路火炬园c座4层）
三、实习单位简介 洛阳嘉盛电源科技有限公司位于国家级高新技术产业开发区-----洛阳火炬创新创业园，是集产品开发、生产、销售、服务于一体的民营企业。凭借先进的技术，多年的开发与销售经验，以及完善的品质管理体系、先进的检测设备和完善的售后服务，赢得广大客户的信赖与支持。企业基本信息如下：
企业类型：有限责任公司 经营模式：生产型
所在地区:河南洛阳
品牌名称：洛阳嘉盛
主营行业：电工电气 充电器
注册资本：100万人民币[rmb] 厂房面积：2000平方米
员工人数：51-100人
研发部分人数：5-10人
年营业额：100万-500万人民币
管理体系认证：iso9001 主要客户群：电力，交通，仪器仪表，通讯等
主要产品：大功率锂电池充电机、智能大功率电力电源（ac/dc）、工业开关电源、直流/直流变换器（dc/dc）、led电源、逆变电源（dc/ac）等，广泛适用于通信、电力、交通、铁路、冶金、化工、仪器、仪表、工业控制等领域。公司现拥有多项发明专利，自主研发的 15kw电动汽车智能充电模块，大大领先行业水平。公司同时可针对不同客户需求，为客户量身打造符合其要求的非标电源及电子产品。
公司创办以来本着以市场为导向，以科技为动力，以创新求发展，以质量求生存，做优做强，持续发展，永续经营的质量方针与经营理念，严格执行iso9001--2000质量管理体系，建立并完善了质量保证体系，为产品的销售奠定了坚实的基础。
四、实习内容
一、实习内容概括
在为期10天的毕业实习里，我们主要进行了以下几项内容：
1、理论与实际的结合为了能够更加深入地进行车间实习，在实习过程中，我们结合了所学的书本知识与实习的要求，将理论与实际进行了完美的结合，也更加的促使我们不断地进行学习与研究。
2、实习日记
在实习中，我们将每天的工作、观察研究的结果、收集的资料和图表、所听报告内容等均记入到了实习日记中。随时接受老师们的检查与批改。
3、安全教育
在实习开始时，学校组织我们到公司由专业人士对我们进行安全教育，讲解了安全问题的重要性和在实习中所要遇到的种种危险和潜在的危险等等。
4、组织参观
在实习开始时，学校组织我们对实习单位的参观，以便了解其概况。在实习期间，我们还到其它有关车间去进行专业性的参观，获得了更加广泛的生产实践知识，和更加准确理解了工厂的运作模式。参观中我们着重了解了先进的设计思
想和方法、先进工艺方法、先进工装、先进设备的特点以及先进的组织管理形式等。
5、车间实习
我们在车间实习是生产实习的主要方式。我们按照实习计划在指定的车间进行实习，通过观察、分析计算以及向车间工人和技术人员请教，圆满完成了规定的实习内容。
6、其它
在完成好我们所实习业务内容的同时，常常利用现场学习的机会，开展向社会、向工人和工程技术人员学习的活动。在空余时间里还组织联欢、球赛等活动，并加强进行思想政治教育活动等等。
二、车间实习内容 在生产车间，我们学习了开关电源的接线和维修。
1、开关电源接线方法方法为： l：接220v交流火线 n：接220v交流零线 fg：接大地
g：直流输出的地
+5v：输出+5v点的端口 adj：是在一定范围内调输出电压的，开关电源上输出的额定电压本来出厂时是固定的，也就是标称额定输出电压，设置此电位器可以让用户根据实际使用情况在一个较小的范围内调节输出电压，一般情况下是不需要调整它的。
2、开关电源的维修可分为两步进行：
① 断电情况下，“看、闻、问、量”
看：打开电源的外壳，检查保险丝是否熔断，再观察电源的内部情况，如果发现电源的pcb板上有烧焦处或元件破裂，则应重点检查此处元件及相关电路元件。资产管理 闻：闻一下电源内部是否有糊味，检查是否有烧焦的元器件。
问：问一下电源损坏的经过，是否对电源进行违规操作。
量：没通电前，用万用表量一下高压电容两端的电压先。如果是开关电源不起振或开关管开路引起的故障，则大多数情况下，高压滤波电容两端的电压未泄放悼，此电压有300多伏，需小心。用万用表测量ac电源线两端的正反向电阻及电容器充电情况，电阻值不应过低，否则电源内部可能存在短路。电容器应能充放电。脱开负载，分别测量各组输出端的对地电阻，正常时，表针应有电容器充放电摆动，最后指示的应为该路的泄放电阻的阻值。
② 加电检测
通电后观察电源是否有烧保险及个别元件冒烟等现象，若有要及时切断供电进行检修。
测量高压滤波电容两端有无300伏输出，若无应重点查整流二极管、滤波电容等。
测量高频变压器次级线圈有无输出，若无应重点查开关管是否损坏，是否起振，保护电路是否动作等，若有则应重点检查各输出侧的整流二极管、滤波电容、三通稳压管等。
如果电源启动一下就停止，则该电源处于保护状态下，可直接测量pwm芯片保护输入脚的电压，如果电压超出规定值，则说明电源处于保护状态下，应重点检查产生保护的原因。
三、单片机控制输出的开关电源现有控制方案
就我这次毕业设计做的内容我还了解到对于单片机控制输出的开关电源,单从对电源输出的控制来说,可以有几种控制方式.其一是单片机输出一个电压(经da芯片或pwm方式),用作电源的基准电压.这种方式仅仅是用单片机代替了原来的基准电压,可以用按键输入电源的输出电压值,单片机并没有加入电源的反馈环,电源电路并没有什么改动.这种方式最简单.其二是单片机扩展ad,不断检测电源的输出电压,根据电源输出电压与设定值之差,调整da的输出,控制pwm芯片,间接控制电源的工作.这种方式单片机已加入到电源的反馈环中,代替原来的比较放大环节,单片机的程序要采用比较复杂的pid算法.其三是单片机扩展ad,不断检测电源的输出电压,根据电源输出电压与设定值之差,输出pwm波,直接控制电源的工作.这种方式单片机介入电源工作最多.第三种方式是最彻底的单片机控制开关电源,但对单片机的要求也最高.要求单片机运算速度快,而且能够输出足够高频率的pwm波.这样的单片机显然价格也高.dsp类单片机速度够高,但目前价格也很高,从成本考虑,占电源成本的比例太大,不宜采用.廉价单片机中,avr系列最快,具有pwm输出,可以考虑采用.但avr单片机的工作频率仍不够高,只能是勉强使用.但是上列第二种控制方式,即单片机调整da的输出,控制pwm芯片,间接控制电源的工作,却对单片机没有那么高的要求,51系列单片机已可胜任.而51系列单片机的价格比avr还是低一些.五、实习收获与体会 10天的实习转眼即逝，可是这10天来的所见所闻、所做所想使我受益匪浅，对以后的学习、工作都有很大帮助。为了抓住这短暂的10天，使它不那么轻易地从生命中滑落，我把这几天的体会和收获总结为以下几点：
1、亲眼看到开关电源的工业设计和生产过程，更加深入地理解了开关电源的工作原理与其在实际中的应用，对毕业设计起到了指导作用；同时也感觉到课本理论与实际应用的差距。
2、通过车间实习，锻炼了自己的动手能力，改掉了眼高手低的毛病。有些工作看似简单，可当实际去做时才发现有很多问题之前没有想到，不知如何下手。多亏工人师傅的耐心指导才能完成实习任务。
3、通过对整个公司各个环节的参观，了解了目前电源行业的生产模式和管理方法，为以后的学习和发展指引了方向。
4、实习期间，通过与工人师傅的交流和沟通，不但锻炼了自己与人交往的篇三：开关电源实训报告格式
电力电子技术实操技能训练
系 别
专业班级 学生姓名 指导教师
提交日期
王 志 强 2011年9月16日
一、反激稳压电源的工作原理
附图：反激稳压电源的电路原理图图
1、设计要求：
（1）输入直流电压为90v～220v；
（2）输出直流电压为12v，功率为30w；
（3）开关频率为65khz。
2、cr6853控制的反激式开关电源原理分析：
二、反激变压器设计
（参考教材73-86页，根据介绍的设计步骤选择初、次级绕组匝比，最大脉宽，电感值等，并选择合用的mpp磁芯及确定初、次级绕组的匝数和线径。希望同学们把过程等写清楚，本小节较能体现工作量。）
附图：反激变压器的电路图
1、反激变压器的工作原理
2、设计原则和设计步骤
3、设计结果（如磁芯选择，绕组匝数，漆包线线径等）
三、波形观察
1、开关管触发信号波形
附图
2、网压110kv输入，并且输出0.5a时，开关管电流波形
附图
3、网压110kv输入，并且输出0.5a时，开关管电压波形
附图
四、电源输测试结果分析
1、空载测试，不同输入电压与输出电压关系
2、在0.5a（即6w）输出电流情况下，不同输入电压与输出电压关系。
3、在额定110kv输入下，不同负载，0.5a、1a、1.5a、2a下，与输出电
压关系，并作出分析。
五、开关电压实训心得体会
包括调试心得，实训工作体会和改进意见。字数不宜少。
注意：希望各位同学按照上面的格式线，包括字体等格式。实验报告的纸质版和电子文档在下周五前集中交给学委。学委第三周星期五交到王老师办公室b8-405.篇四：09电气1班陈向开关电源实训报告
电力电子技术实操技能训练
系 别 电气工程系
专业班级 09级电气工程及其自动化1班
学生姓名 陈 向 指导教师 王志强 杜芸强
提交日期 2012年9月19日
一、反激稳压电源的工作原理
1、设计要求：
（1）输入直流电压为90v～220v；
（2）输出直流电压为12v，功率为30w；
（3）开关频率为65khz。
2、cr6853控制的反激式开关电源原理分析： 90v-220v 交流输入电压vin 经emi 滤波器c1 送入桥式整流器d1 经滤波大电容c13输出90－220vdc。保险管fs1 的使用是为了防止大冲击电流损坏整流桥d1。
整流后的高压（90－220vdc）一端通过变压器的原边接高压mosfet q1 的drain，另一端通过电流检测电阻接高压mosfetq1 的source。为了将高压mosfet q1 管的峰值drain 电压限制在bvdss（mosfet drain-source breakdown voltage,650v)以下，d3、r3、c3 构成一箝位电路，它可以将高压mosfet 在关断时 drain 的电压箝位在bvdss 以下。为降低芯片的启动损耗，在芯片启动以后由变压器的辅助绕组、d3、r7、c5 构成的环路给芯片供电。变压器的副边输出经d4 整流，c7、l2、c8 滤波后得到稳定的12v 输出电压。高性能的开关电源离不开反馈环路的控制，u3、u2 构成一电压反馈环路（疑惑的就是我在老师那里帮忙是，发
现那个电池做的反馈好奇怪）。r11、r13 组成取样回路，将输出电压的取样值送给u3。r12、c7 组成一补偿网络，为u3 提供补偿。u2 将取样值与参考值比较的结果耦合到控制芯片的反馈端7脚。芯片为主回路提供一个方波信号，使得主回路符合反激原理，方波占空比的大小可以控制输出电压的大小，由此，得到我们想要稳定的一个电压值。
二、反激变压器设计
1、工作原理
1）.电路结构如图一.2).当开关管q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b).当q1导通,t1之初级线圈渐渐地会有初级电流流过,能量就会储存在其中.由于变压器初级与次级侧之线圈极性是相反的,因此二极管d1不会导通,输出功率则由co来提供.此时变压器相当于一个串联电感lp,初级线圈电流ip可以表示为: vdc=lp*dip/dt 此时变压器磁芯之磁通密度会从剩磁br增加到工作峰值bw.3）.当q1截止时, 其等效电路如图三(a)及在截止时次级电流波形,磁化曲线如图三(b).当q1截止时,变压器之安匝数(ampere-turns ni)不会改变,因为?b并没有相对的改变.当?b向负的方向改变时(即从bw降低到br),在变压器所有线圈之电压极性将会反转,并使d1导通,也就是说储存在变压器中的能量会经d1,传递到co和负载上.此时次级线圈两端电压为:vs(t)=vo+vf(vf为二极管d1的压降).次级线圈电流: lp=(np/ns)2*ls(ls为次级线圈电感量)由于变压器能量没有完全转移,在下一次导通时,还有能量储存在变压器中,次级电流并没有降低到0值,因此称为连续电流模式或不完全能量传递模式(ccm).2、连续电流模式(ccm)模式下反激变压器设计的步骤 1）.确定电源规格..输入电压范围vin=90—220vac;.输出电压/负载电流:vout1=5v/10a,vout2=12v/1a;篇五：开关电源实验报告
开关电源实验报告
一 开关电源原理
如下图30w开关电源电路图所示，市电先经过由电容cx1和滤波电感lf1a组成的滤波电路后，再经过型号为kbp210的整流桥bd1和c1组成的整流电路，输出直流电。直流电又经过由uc3842和2n60等元器件组成的高频逆变电路后，变成高频的交流电，经高频变压器输出为低电压的高频交流电。高频交流经肖基特二极管sr1060后变为脉动的直流电，最后经滤波电容和滤波电感变为我们想要的直流电输出。mov2、mov3：f1、f2、f3、fdg1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，f1、f2、f3会烧毁保护后级电路。（2）输入滤波电路：c1、l1、c2、c3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对c5充电，由于瞬间电流大，加rt1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在rt1电阻上，一定时间后温度升高后rt1阻值减小（rt1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。
（3）整流滤波电路：交流电压经brg1整流后，经c5滤波后得到较为纯净的直流电压。若c5容量变小，输出的交流纹波将增大。1.2功率变换电路
（1）mos管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是mosfet（mos管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，mos管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。（2）常见的原理图：（3）工作原理 r4、c3、r5、r6、c4、d1、d2组成缓冲器，和开关mos管并接，使开关管电压应力减少，emi减少，不发生二次击穿。在开关管q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从r3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当r5上的电压达到1v时，uc3842停止工作，开关管q1立即关断。r1和q1中的结电容cgs、cgd一起组成rc网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。r1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；r1过大，会降低开关管的开关速度。z1通常将mos管的gs电压限制在18v以下，从而保护了mos管。q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；当q1截止时，变压器通过d1、d2、r5、r4、c3释放能量，同时也达到了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。ic根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。c4和r6为尖峰电压吸收回路。1.3输出整流滤波电路： r1、c1为削尖峰电路。l1为续流电感，r2为假负载，c4、l2、c5组成π型滤波器。1.4稳压环路：（1（2当输出u0升高，经取样电阻r7、r8、r10、vr1分压后，u1③脚电压升高，当其超过u1②脚基准电压后u1①脚输出高电平，使q1导通，光耦ot1发光二极管发光，光电三极管导通，uc3842①脚电位相应变低，从而改变u1⑥脚输出占空比减小，u0降低。当输出u0降低时，u1③脚电压降低，当其低过u1②脚基准电压后u1①脚输出低电平，q1不导通，光耦ot1发光二极管不发光，光电三极管不导通，uc3842①脚电位升高，从而改变u1⑥脚输出占空比增大，u0降低。周而复始，从而使输出电压保持稳定。调节vr1可改变输出电压值。
反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路。如反馈电阻电容错、漏、虚焊等，会产生自激振荡，故障现象为：波形异常，空、满载振荡，输出电压不稳定等。
第四篇：开关电源
开关电源
开关电源
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。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。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，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。
开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。
SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。
开关电源的三个条件
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接近工频的低频
3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流
开关电源的分类
人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。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国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。
2.1 DC/DC变换
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类：
（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压
U0小于输入电压Ui，极性相同。
（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压
U0大于输入电压Ui，极性相同。
（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其
输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。
（4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电
压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。
还有Sepic、Zeta电路。
上述为非隔离型电路，隔离型电路有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。
当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3，效率为（80～90）％。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200～300)kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90％。
2.2AC/DC变换
AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。
AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单相、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。
开关电源的选用
开关电源在输入抗干扰性能上，由于其自身电路结构的特点（多级串联），一般的输入干扰如浪涌电压很难通过，在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较大的优势，其输出电压稳定度可达(0.5～1）％。开关电源模块作为一种电力电子集成器件，在选用中应注意以下几点：
3.1输出电流的选择
因开关电源工作效率高，一般可达到80％以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为：
Is=KIf
式中：Is—开关电源的额定输出电流；
If—用电设备的最大吸收电流；
K—裕量系数，一般取1.5～1.8；
3.2接地
开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。
3.3保护电路
开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。
开关电源技术的发展动向
开关电源的发展方向是高频、高可靠、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（MnZn)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，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。
模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N＋1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。
电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。
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开关电源 测试方法
一． 耐电压
（HI.POT,ELECTRIC STRENGTH ,DIELECTRIC VOLTAGE WITHSTAND）KV
1.1 定义:于指定的端子间,例如:I/P-O/P,I/P-FG,O/P-FG间,可耐交流之有效值,漏电流一般可容许10毫安,时间1分钟。
1.2 测试条件：Ta：25摄氏度；RH：室内湿度。
1.3 测试回路：
1.4 说明：
1．4．1 耐压测试主要为防止电气破坏，经由输入串入之高压，影响使用者安全。
1．4．2 测试时电压必须由0V开始调升，并于1分钟内调至最高点。
1．4．2 放电时必须注意测试器之Timer设定，于OFF前将电压调回 0V。
1．4．3 安规认证测试时，变压器需另行加测，室内，温度25摄氏度，RH：95摄氏度，48HR，后测试变压器初/次级与初级/CORE。
1．4．5生产线测试时间为1秒钟。
二．纹波噪声（涟波杂讯电压）
（Ripple & Noise）%，mv
2．1定义：
直流输出电压上重叠之交流电压成份最大值(P-P)或有效值。
2．2测试条件:
I/P: Nominal
O/P : Full Load
Ta : 25℃
2．3测试回路:
2．4测试波形:
2．5说明:
2．5．1示波器之GND线愈短愈好,测试线得远离PUS。
2．5．2使用1：1之Probe。
2．5．3 Scope之BW一般设定于20MHz，但是对于目前的网络产品测试纹波噪声最好将BW设为最大。
2．5．4 Noise与使用仪器，环境差异极大，因此测试必须表明测试地点。
2．5．5测试纹波噪声以不超过原规格值 +1%Vo。
三．漏电流（洩漏电流）
（Leakage Current）mA
3．1定义：
输入一机壳间流通之电流（机壳必须为接大地时）。
3．2测试条件：
I/P：Vin max.×1.06(TUV)/60Hz
Vin max.(UL1012)/60Hz
O/P: No Load/Full Load
Ta: 25 ℃
3.3测试回路：
3．4说明：
3．4．1 L，N均需测。
3．4．2UL1012 R值为1K5。
TUV R值为2K/0。15uF。
3．4．3漏电流规格TUV：3。5mA,UL1012:5mA。
四．温度测试
（Temperature Test）
4.1定义：
温度测试指PSU于正常工作下，其零件或Case温度不得超出其材质规
格或规格定值。
4．2测试条件：
I/P: Nominal
O/P: Full Load
Ta : 25℃
4．3测试方法：
4．3．1将Thermo Coupler(TYPE K)稳固的固定于量测的物体上
（速干、Tape或焊接方式）。
4．3．2 Thermo Coupler于末端绞三圈后焊成一球状测试。
4．3．3我们一般用点温计测量。
4．4测试零件：
热源及易受热源影响部分
例如：输入端子、Fuse、输入电容、输入电感、滤波电容、桥整、热
敏、突波吸收器、输出电容、输出电容、输出电感、变压器、铁芯、绕线、散热片、大功率半导体、Case、热源零件下之P.C.B.……。
4．5零件温度限制：
4．5．1零件上有标示温度者，以标示之温度为基准。
4．5．2其他未标示温度之零件，温度不超过P.C.B.之耐温。
4．5．3电感显示个别申请安规者，温升限制65℃Max(UL1012),75℃
Max(TUV)。
五．输入电压调节率
（Line Regulation）, %
5．1定义：
输入电压在额定范围内变化时，输出电压之变化率。
Vmax-Vnor
Line Regulation(+)=------------------
Vnor
Vnor-Vmin
Line Regulation(-)=------------------
Vnor
Vmax-Vmin
Line Regulation=----------------
Vnor
Vnor:输入电压为常态值，输出为满载时之输出电压。
Vmax:输入电压变化时之最高输出电压。
Vmin:输入电压变化时之最低输出电压。
5．2测试条件：
I/P：Min./Nominal/Max
O/P:Full Load
Ta:25℃
5.3测试回路：
5．4说明：
Line Regulation 亦可直接Vmax-Vnor与Vmin-Vnor之±最大
值以mV表示，再配合Tolerance%表示。
六．负载调节率
（Load Regulation）%
5．1定义：
输出电流于额定范围内变化（静态）时，输出电压之变化率。
|Vminl-Vcent|
Line Regulation(+)=------------------×100%
Vcent
|Vcent-VfL|
Line Regulation(-)=------------------×100%
Vcent
|VminL-VfL|
Line Regulation(%)=----------------×100%
Vcent
VmilL:最小负载时之输出电压
VfL:满载时之输出电压
Vcent:半载时之输出电压
6．2测试条件：
I/P：Nominal
O/P:Min./Half/Full Load
Ta:25℃
6.3测试回路：
6．4Load Regulation亦可直接Vmin.L-Vcent与Vcent-Vmax.之±最大
值以mV表示，再配合Tolerance%表示。
第五篇：基于DSP开关电源
基于DSP的开关电源
摘要
本文以TMs320LF2407A为控制核心，介绍了一种基于DSP的大功率开关电源的设计方案。该电源采用半桥式逆变电路拓扑结构，应用脉宽调制和软件PID调节技术实现了电压的稳定输出。最后，给出了试验结果。试验表明，该电源具有良好的性能，完全满足技术规定要求。关键字：DSP；开关电源；PID调节
ABSTRACT In this paper,setting TMs320LF2407A as the control center, it describes a DSP-based high-power switching power source design.The power supply uses a half-bridge inverter circuit topology, applications and software PID regulator pulse width modulation technology to achieve a stable output voltage.Finally, the experimental results was given.The experimental results show that the power supply has a good performance, fully meeting the technical requirements.Key Words: DSP;Switching power supply;PID
0 引 言
信息时代离不开电子设备，随着电子技术的高速发展，电子设备的种类与日俱增，与人们的工作、生活的关系也日益密切。任何电子设备又都离不开可靠的供电电源，它们对电源供电质量的要求也越来越高。
目前，开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于电子设备中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。与之相应，在微电子技术发展的带动下，DSP芯片的发展日新月异，因此基于DSP芯片的开关电源拥有着广阔的前景，也是开关电源今后的发展趋势。电源的总体方案设计
本文所设计的开关电源的基本组成原理框图如图1所示，主要由功率主电路、DSP控制回路以及其它辅助电路组成。
开关电源的主要优点在“高频”上。通常滤波电感、电容和变压器在电源装置的体积和重量中占很大比例。从“电路”和“电机学”的有关知识可知，提高开关频率可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效地降低电源装置的体积和重量。以带有铁芯的变压器为例，分析如下：
图1.开关电源基本原理
设铁芯中的磁通按正弦规律变化，即φ= φMsinωt，则：
eLWdWcostEMcost dt(1)式中，EM= ωWφ M=2πfWφM，在正弦情况下，EM=√2E，φM=BMS，故：
E2fWM4.44fWBMS 2(2)式中，f为铁芯电路的电源频率；W 为铁芯电路线圈匝数；BM为铁芯的磁感应强度；S为铁芯线圈截面积。
从公式可以看出电源频率越高，铁芯截面积可以设计得越小，如果能把频率从50 Hz提高到50 kHz，即提高了一千倍，则变压器所需截面积可以缩小一千倍，这样可以大大减小电源的体积。
综合电源的体积、开关损耗以及系统抗干扰能力等多方面因素的考虑，本开关电源的开关频率设定为30 kHZ。系统的硬件设计 2.1 功率主电路
本电源功率主回路采用“AC-DC-AC—DC”变换的结构，主要由输入电网EMI滤波器、输人整流滤波电路、高频逆变电路、高频变压器、输出整流滤波电路等几部分组成，如图2所示。
图2.功率主电路原理图
图3.功军主回路的电压波形变化
本开关电源采用半桥式功率逆变电路。如图2所示，输入市电经EMI滤波器滤波，大大减少了交流电源输入的电磁干扰，并同时防止开关电源产生的谐波串扰到输入电源端。再经过桥式整流电路、滤波电路变成直流电压加在P、N两点问。P、N之间接人一个小容量、高耐压的无感电容，起到高频滤波的作用。半桥式功率变换电路与全桥式功率变换电路类似，只是其中两个功率开关器件改由两个容量相等的电容CA1和CA2代替。在实际应用中为了提高电容的容量以及耐压程度，CA1和CA2往往采用的是由多个等值电容并联组成的电容组。C A1、CA2 的容量选值应在电源体积和重量允许的条件下尽可能的大，以减小输出电压的纹波系数和低频振荡。CA1 和CA2 在这里同时起到了静态时分压的作用，使Ua =Uin／2。
在本电源的设计中，采用IGBT来作为功率开关器件。它既具有MOSFET的通断速度快、输入阻抗高、驱动电路简单及驱动功率小等优点，又具有GTR的容量大和阻断电压高的优点。
在IGBT的集射极间并接RC吸收网络，降低开关应力，减小IGBT关断产生的尖峰电压；并联二极管DQ实现续流的作用。二次整流采用全波整流电路，通过后续的LC滤波电路，消除高频纹波，减小输出直流电压的低频振荡。LC滤波电路中的电容由多个高耐压、大容量的电容并联组成，以提高电源的可靠性，使输出直流电压更加平稳。2.2 控制电路
控制电路部分实际上是一个实时检测和控制系统，包括对开关电源输出端电压、电流和IGBT温度的检测，对收集信息的分析和运算处理，对电源工作参数的设置和显示等。其控制过程主要是通过采集开关电源的相关参数，送入DSP芯片进行预定的分析和计算，得出相应的控制数据，通过改变输出PWM波的占空比，送到逆变桥开关器件的控制端，从而控制输出电压和电流。
控制电路主要包括DSP控制器最小系统、驱动电路、辅助电源电路、采样电路和保护电路。
（1）DSP控制器最小系统
DSP控制器是其中控制电路的核心采用TMS32OLF2407A DSP芯片，它是美国TEXAS INSTU—MENTS（TI）公司的最新成员。TMS30LF2407A基于C2xLP内核，和以前C2xx系列成员相比，该芯片具有处理性能更好（30MIPS）、外设集成度更高、程序存储器更大、A／D转换速度更快等特点，是电机数字化控制的升级产品，特别适用于电机以及逆变器的控制。DSP控制器最小系统包括时钟电路、复位电路以及键盘显示电路。时钟电路通过15 MHz的外接晶振提供；复位电路直接通过开关按键复位；由4×4的矩阵式键盘和SPRT12864M LCD构成了电源系统的人机交换界面。
（2）驱动放大电路
IGBT的驱动电路采用脉冲变压器和TC4422组成，其电路原理图如图4所示：
图4.IGBT驱动电路原理图
由于TMS320LF2407A的驱动功率较小，不能胜任驱动开关管稳定工作的要求，因此需要加上驱动放大电路，以增大驱动电流功率，提高电源系统的可靠性。如图4所示，采用两片TCA422组成驱动放大电路。
TC4421／4422是Microchip公司生产的9A高速MOsFET／IGBT驱动器，其中TC4421是反向输出，TC4422是同向输出，输出级均为图腾柱结构。
TC4421／4422具有以下特点：
①输出峰值电流大：9 A；
② 电源范围宽：4.5 V～18 V；
③连续输出电流大：最大2 A；
④快速的上升时间和下降时间：30 ns（负载4700pF），180 ns（负载47000 pF）；
⑤传输延迟时间短：30 ns（典型）；
⑥供电电流小：逻辑“1”输入～200μA（典型），逻辑“0”输入～55 μA（典型）；
⑦输出阻抗低：1.4 Ω（典型）；
⑧闭锁保护：可承受1.5 A的输出反向电流；
⑨输入端可承受高达5 V的反向电压；
⑩能够由TTL或CMOS电平（3 V～18 V）直接驱动，并且输人端采用有300 mV滞回的施密特触发电路。
当TMS320LF2407A输出的PWM1为高电平，PWM2为低电平时，经过TCA422驱动放大后输出，在脉冲变压器一次侧所流过的电流从PWMA流向PWMB，如图4中箭头所示，电压方向为上正下负。
根据变压器的同名端和接线方式，则开关管Q1的栅极电压为正，Q2的栅极电压为负。因此，此时是驱动QM1导通。反之若是PWM1为高电平，PWM2为低电平时，则是驱动Q2导通。四只二极管DQ1 ～DQ2的作用是消除反电动势对TCA422的影响。
（3）辅助电源电路
本开关电源电路设计过程中所需要的几路工作电源如下：
① TMS320LF2407 DSP所需电源：I／O 电源（3.3 V），PLL（PHSAELOCKED LOOP）电源（3.3 V），FIASH编程电压（5 V），模拟电路电源电压（3.3 V）；②TCA422芯片所需电源：电源端电压范围4.5～18 V（选择15 V）；③采样电路中所用运算放大器的工作电源为15 V。
因此，整个控制电路需要提供15 V、5 V和3.3 V三种制式的电压。设计中选用深圳安时捷公司的HAw 5-220524 AC／DC模块将220 V、50 Hz的交流电转换成24 V直流电，然后采用三端稳压器7815和7805获得15 V和5 V的电压。TMS320LF2407A所需的3.3 V由5 V通过TPS7333QD电压芯片得到。（4）采样电路
电压采样电路由三端稳压器TL431和光电耦合器PC817之问的配合来构成。电路设计如图5所示，TL431与PC817一次侧的LED串联，TL431阴极流过的电流就是LED的电流。输出电压Ud经分压网络后到参考电压UR与TL431中的2.5 V基准电压Uref进行比较，在阴极上形成误差电压，使LED的工作电流 If发生变化，再通过光耦将变化的电流信号转换为电压信号送人LF2407A的ADCIN00引脚。
图5.电压采样电路原理图
由于TMS320LF2407A的工作电压为3.3 V，因此输入DSP的模拟信号也不能超过3.3 V。为防止输入信号电压过高造成A／D输入通道的硬件损坏，我们对每一路A／D通道设计了保护电路，如图5所示，Cu2，CU3 起滤波作用，可以将系统不需要的高频和低频噪声滤除掉，提高系统信号处理的精度和稳定性。
另外，采用稳压管限制输入电压幅值，同时输入电压通过二极管与3.3 V电源相连，以吸收瞬间的电压尖峰。
当电压超过3.3 V时，二极管导通，电压尖峰的能量被与电源并联的众多滤波电容和去耦电容吸收。并联电阻Ru4的目的是给TL431提供偏置电流，保证TL431至少有1 mA的电流流过。Cu1 和RU3作为反馈网络的补偿元件，用以优化系统的频率特性。
电流采样的原理与电压采样类似，只是在电路中要通过电流传感器将电流信号转换为电压信号，然后再进行采集。
（5）保护电路
为保证系统中功率转换电路及逆变电路能安全可靠工作，TMs320LF2407A提供了PDPINTA,各种故障信号经或门CD4075B综合后，经光电隔离、反相及电平转换后输入到PDPINTA引脚，有任何故障时，CD4075B输出高电平，PDPINTA引脚相应被拉为低电平，此时DSP所有PWM输出管脚全部呈现高阻状态，即封锁PWM输出。整个过程不需要程序干预，由硬件实现。这对实现各种故障信号的快速处理非常有用。在故障发生后，只有在人为干预消除故障，重启系统后才能继续工作。系统的软件实现
为了构建DSP控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试、维护、修改、更新和扩充，在软件设计中采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块、ADC信号采集模块、PID运算处理模块、PWM波生成模块、液晶显示模块以及按键扫描模块。各模块间的流程如图6所示。
图6.功能模块流程图
3.1 初始化模块
系统初始化子程序是系统上电后首先执行的一段代码，其功能是保证主程序能够按照预定的方式正确执行。系统的初始化包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、LCD初始化和外扩单元的检测等。
3.2 ADC采样模块
TMS320LF2407A芯片内部集成了10位精度的带内置采样／保持的模数转换模块（ADC）。根据系统的技术要求，10位ADC的精度可以满足电压的分辨率、电流的分辨率的控制要求，因此本设计直接利用DSP芯片内部集成的ADC就可满足控制精度。另外，该10位ADC是高速ADC，最小转换时间可达到500 ns，也满足控制对采样周期要求。
ADC采样模块首先对ADC进行初始化，确定ADC通道的级联方式，采样时间窗口预定标，转换时钟预定标等。然后启动ADC采样，定义三个数组依次存放电压、电流和温度的采样结果，对每一个信号采样8次，经过移位还原后存储到相应的数组中，共得到3组数据。如果预定的ADC中断发生，则转人中断服务程序，对采样的数据进行分析、处理和传输。以电压采样为例，其具体的流程图如图7所示。
图7.程序流程图
3.3 PID运算模块
本系统借助DSP强大的运算功能，通过编程实现了软件PID调节。由于本系统软件中采用的是增量式PID算法，因此需要得到控制量的增量△un，式（3）为增量式PID算法的离散化形式：
unKp(enen1)KienKd[en2en1en2]
(3)
开关电源在进入稳态后，偏差是很小的。如果偏差e在一个很小的范围内波动，控制器对这样微小的偏差计算后，将会输出一个微小的控制量，使输出的控制值在一个很小的范围内，不断改变自己的方向，频繁动作，发生振荡，这既影响输出控制器，也对负载不利。
为了避免控制动作过于频繁，消除由于频繁动作所引起的系统振荡，在PID算法的设计中设定了一个输出允许带eo。当采集到的偏差|en|≤eo时，不改变控制量，使充电过程能够稳定地进行；只有当|en| >eo 时才对输出控制量进行调节。PID控制模块的程序流程如图8所示：
图8.PID运算程序流程图
TMS320LF2407A内部包括两个事件管理器模块EVA和EVB，每个事件管理器模块包括通用定时器GP、比较单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路。通过TMS320LF2407A事件管理模块中的比较单元可以产生带死区的PWM波，与PWM 波产生相关的寄存器有：比较寄存器CMPRx、定时器周期寄存器Tx—PR、定时器控制寄存器TxCON、定时器增／减计数器TxCNT、比较控制寄存器COMCONA／B、死区控制寄存器DBTCONA／B。
PWM波的生成需对TMS320LF2407A的事件管理模块中的寄存器进行配置。由于选用的是PWM1／2，因此配置事件管理寄存器组A，根据需要生成带死区PWM波的设置步骤为：
（1）设置并装载比较方式寄存器ACTRA，即设置PWM波的输出方式；
（2）设置T1CON寄存器，设定定时器1工作模式，使能比较操作；
（3）设置并装载定时器1周期寄存器T1PR，即规定PWM 波形的周期；
（4）定义CMPR1寄存器，它决定了输出PWM 波的占空比，CMPR1中的值是通过计算采样值而得到的；
（5）设置比较控制寄存器COMCONA，使能PD—PINTA 中断；
（6）设置并装载死区寄存器DBTCONA，即设置死区时间。
图9.带死区PWM波的生成原理
3.5 键盘扫描及LCD显示模块
按键扫描执行模块的作用是判断用户的输入，对不同的输入做出相应的响应。本开关电源设计采用16个压电式按键组成的矩阵式键盘构成系统的输入界面。16个按键的矩阵式键盘需要DSP的8个I／O口，这里选用IOPA0～IOPA3作为行线，IOPF0～IOPF3作为列线。由于TMS320LF2407A都是复用的I／O口，因此需要对MCRA和MCRC寄存器进行设置使上述8个I／O口作为一般I／O端口使用。按键扫描执行模块采用的是中断扫描的方式，只有在键盘有键按下时才会通过外部引脚产生中断申请，DSP相应中断，进人中断服务程序进行键盘扫描并作相应的处理。
LCD显示模块需要DSP提供11个I／O口进行控制，包括8位数据线和3位控制线，数据线选用IOPB0～IOPB7，控制线选用IOPFO IOPF2，通过对PBDATDIR和PFDATDIR寄存器的设置实现DSP与LCD的数据传输，实时显示开关电源的运行状态。结论
本文介绍的基于DSP的大功率高频开关电源，充分发挥了DSP强大功能，可以对开关电源进行多方面控制，并且能够简化器件，降低成本，减少功耗，提高设备的可靠性。
参考文献
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