基于lm2596开关电源设计毕业论文(编辑修改稿)

基于lm2596开关电源设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

，模块 直流转直流 的增幅已经超出了一次电源。 随着半导体工艺 不断的精细化 、封装技术和高频开关的 普及化 ，模块 直流转直流功率密度不断增大，开关工作 效率 不断提高 ， 用户应用更加便捷。 正是基于以上发展形势设计了一款应用广泛、实用性较强的 基于 LM2596 的连续可调的开关电源 广东技术师范学院天河学院本科毕业论文（设计） 2 设计方案比较论证 本文的设计要求是输出 3—30V 连续可调电压，可以选择线性稳压器构成线性电源，也可选择开关电源元器件构成开关电源，现就这两种方案进行论证。 线性电源 线性电源主要包括 低频变压器 、 输出电流 整流滤波器、 相应 控制电路、 过热过流保护电路等。 线性电源 的工作流程大致为将交流电经过变压器降压，再通过 整流滤波电路得到 直流电压 （不稳定），为了达到高稳定、高精度的直流电压，必须通过 反馈电压调整输出电压，这种电源技术很成熟， 而且已经达到相当高程度的稳定 ，波纹 系数大幅减小 ，而且 不会产生 开关电源 特有的干扰与噪音。 但是它的不足之处体现在 变压器 的庞大而笨重 ， 占据电路相当大的位置，携带性不强， 滤波电容的体积和重量也相当大， 这些都对电子产品小型化提出严峻挑战，而且电压反馈电路是工作在线性状态，调整管会损耗一小部分 压降，在较大工作电流 工作 时， 调整管的功耗便于影响系统的整体指标 ， 主要是转换效率大幅降低。 开关电源 开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。 它们的功能是： 输入电网滤波器：减小各类电子产品的开断、大自然雷击、生活中的高频等产生的干扰。 输入整流滤波器：将从市电接入的电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。 变换器：把直流电压变换成高频交流电压，并且隔离输出部分与输入电网的相关影响。 输出整流滤波器：将通过变换器得到的高频交流电压变成需要的直流电压，基于 LM2596可调开关电源的设计与制作 3 并减小高频噪声的干扰。 控制电路：对输出直流电压时刻进行检测，并将其与基准电压比较，进行放大。 调制振荡器的脉冲宽度，这样不断的反馈查询调节来稳定输出电压。 保护电路：当发生 过压、过流短路时，保护电路开始工作，通过迫使开关电源停止工作达到保护负载和电源本身的目的。 开关电源的主要优点： 实物轻巧、工作转换效率高（一般为 60～ 70%，而线性电源只有 30～ 40%）、对外界干扰抵抗强、宽范围的输出电压。 开关电源的主要缺点： 由于变换电路中不可避免的产生高频电压成分，对产品其他设备有一定的干扰，因此需要具有优良的屏蔽功能，开关电源为了达到高速的道通与截止目的，主要是通过控制开关管的通断来实现．将直流电转化为高频率的交流电提供给逆变器进行电压转换，从而提供用户所设想的一组或多组电 压，系统之所以要将其变换成高频交流电，因为高频交流能够在变压器变压电路中达到特别高的效率，也因此开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热，成本也很低。 开关电源，是通过电子技术实现的，主要环节：整流成直流电 ——逆变成所需电压的交流电（主要来调整电压） ——再经过整流成直流电压输出。 开关电源的结构中中间是不需要变压器和散热片，所以能够做到体型轻巧。 同时，开关电源是由小型化的电子元器件组成，决定了它拥有效率高、发热小的优势。 虽然具有电磁干扰等缺点，但随着屏蔽技术不断的发展提高，可以避免大部分的干扰。 广东技术师范学院天河学院本科毕业论文（设计） 3 系统 原理及各单元模块 系统设计框图 如图 所示所示为系统电路的工作框图。 220V市电变压器降压桥式整流电路LM 2596降压电路滤波电路 图 主要原理是： 电源变压器将交流电网 220V 的电压降压为所需的交流电压，然后通过整流电路将交流电压变成不太稳定的直流电，再通过滤波电路滤除大的不稳定电压，得到平滑的直流电压。 但我们所接入的市电并不理想，所以经过整流滤波之后的直流电还会有小的波动（一般也就 177。 10%左右的波动）。 最后经 LM2596 的电路，通过调节精密可调电阻达到 连续可调的输出电压。 基于 LM2596可调开关电源的设计与制作 5 各单元电路的设计 变压器降压 确定副边电压 U2 根据性能指标要求： maiU0 =3V max0U =30V 又 ∵ m in00 m a xi )(UU UU i  m a x00 )( UUU iini  其中： VUUVUU iini 40)(,3)( m a x0m i n0  ∴ 12V≤Ui ≤43V 此范围中可任选 ： iU =24V= 01U 根据 01U =(～ ) 2U 可得变压的副边电压： U2=28V 确 定变压器副边电流 2I ∵ 001 II  又副边电流 2I =(～ 2) 01I 取 0I = max0I =800mA 则 2I =＊ = 选择变压器的功率 变压器的输出功率： 0P 22UI = 因此选择变压器实物图如图。 广东技术师范学院天河学院本科毕业论文（设计） 图 本系统所采用的变压器 桥式整流电路 流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图 1— 3 所示。 在 u2 的正半周内，二极管 D D3 导通， DD4 截止； u2 的负半周内， D D4 导通， D D3 截止。 正负半周内部都有电流流过的负载电阻 RL，且方向是一致的。 在桥式整流电路中， 桥式整流输出脉动电压平均值为： 2 2 2 2001 1 2 22 0 9 02OoU u t d t U td t U U| ( ) | s i n .         通过每只二极管的平均电流为： 20 452 OOLLU UI RR. 每只二极管承受的最大反向电压为： 22RMUU ∵ 变压器的副边电压 2U =24V ∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为： VUUBR 342 2  桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为： 查手册选整流二极管 IN4007，其参数为：反向击穿电压 BRU =50V34V 最大整流电流 FI =1A 本系统采用桥式整流电桥，其与变压器连接示意图 电路和输出波形如图 和 所示。 基于 LM2596可调开关电源的设计与制作 7 图 桥式整流电路 图 桥式整流电路前后波形 滤波电路 滤波电路目的 经过整流后的直流电幅值变化很大 ， 会影响电路的工作性能。 可利用电容的 “通交流 ， 隔直流 ”的特性 ， 在电路中并 入 电容作为电容滤波器 ， 滤去其中的交流成分。 电容滤波原理 电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路 ， 在整流电路的输出端 (即负载电阻两端 )并联一个电容即构成电容滤波电路。 滤波电容容量较大 ， 因此一般均采用电解电广东技术师范学院天河学院本科毕业论文（设计） 容 ， 在接线时要注意电解电容的正负极。 电容滤波电路利用电容的充、放电作用 ， 使输出电压趋于平滑。 在理想情况下 ， 变压器副边无损耗 ， 二极管导通电压为零 ， 所以电容两端电压相等。 而当其上升到峰值后开始下降 ， 电容便通过负载电阻放电 ， 其电压也开始下降 ，趋势与电容两端电压基本相同。 但是由于电容按指数规律放电 ， 所以当其下降到一定数值后 ， 电容将继续通过负载放电 ， 电容两端电压按指数规律缓慢下降。 总之 ， 在电容充电时 ， 回路电阻为整流电路的内阻 ， 即变压器电阻和二极管的导通电阻 ， 其数值很小 ， 因而时间常数很小。 电容放电时 ， 回路电阻 为 RL， 放电时间常数 RLC 通常远大于充电的时间常数。 因此滤波效果取决于放电时间。 电容愈大 ， 负载电阻愈大 ， 滤波后输出电压愈平滑 ， 并且其平均值愈大。 换言之 ， 当滤波电容容量一定时 ， 若负载电阻减小 (即负载电流增大 )， 则时间常数 RLC 减小 ， 放电速度加快 ， 输出电压平均值即下降 ， 且脉动变大。 输出电压的平均值 UO(AV)与放电时间常数 RLC 有关。 RLC 越大 ， 电容器放电速度越慢 ， 则输出电压所包含的纹波成分越小 ，UO(AV)越大。 为获得平滑的输出电压 ， 一般取放电时间常数为 : τd=RLC≥(3～ 5)T/2 式中 :T 为交流电的周期 ， 在滤波电路放电时间常数满足上式的关系时 ， 可用下式对输出电压的平均值约为电容两端电压的 倍。 滤波电路输出电 压波形 难于用解析式来描述 ， 近似估算时 ， 其波形近似为锯齿波 ， 此时脉动系数 S 可按下式近似估算 ,其中T 为电网电压的周期。 当滤波电容选定后 ， 输出电压平均值 U0 和输 出 电流平均值 I0 的关系称为输出特性 ，脉动系数 S 和输出电流平均值 I0 的关系称为滤波。