开关电源应用——pos机的电源设计

开关电源应用——pos机的电源设计内容摘要：

34 脉宽调制电路解析 35 福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 4 输出电压检测电路解析 35 输出电路解 析 35 过压保护电路解析 36 整机电路工作过程解析 36 第五章 整机电路测试与结果分析总结 37 整机电路测试 37 输出负载不变，输入电压变化时 37 输入电压不变，输出负载变化时 41 测试结果分析 43 测试总结 44 结论 45 谢辞 46 参考文献 47 附录 1 POS 机的开关电源原理图（ ， 34W） 48 附录 2 性能测试表 49 开关电源应用 —— POS 机的电源设计 5 第 一 章 绪论 目前空间技术、计算机、通信、雷达、电视机及家用电器中的电源已经渐渐地被开关电源取代。 现在一般应用的串 联调整稳压电源，是连续控制的线性稳压电源，这种传统的串联稳压器，调整管总是工作于放大区，流过的电流是连续的，这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差，效率低，一般只有 35％ ～ 60％。 由于调整管上损耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器。 开关电源的调整管工作在开关状态，功率损耗小，效率可高达 70％～ 95％，稳压器体积小，重量轻，调整管功率损耗小，散热器也随之减小。 此外，开关频率工作在几十千赫，滤波电感、电容可用较小数值的元件。 允许的环境温度也可以大大提高。 但是，由于调整元件的控制电路比 较复杂，输出的纹波电压较高，瞬态响应较差。 所以开关电源的应用也受到一定限制 ]1[。 开关电源的发展及方向 开关电源的发展经历了从线性电源、相控电源到开关电源的发展历程，由于开关电源具有功率转换效率高、稳压范围宽、功率密度比大、重量轻等优点，从而取代了相控电源，成为通信电源的主体，并向着高频小型化、高效率、高可靠 性 的方向发展。 计算机控制、计算机通信和计算机网络技术的快速发展，为通信电源监控系统的发展和完善提供了外部条件，使其发展逐步实现少人值守，直至无人值守 ]2[。 线性 稳压 电源 每一种电子产品，除非它本身自带有电池供电，否则都需要将外部 220V（或 110V）交流市电转换成某一特定大小的直流电来为其供电 ， 即 AC/DC 变 换器。 一直以 来在 AC/DC变 换器中线性 稳压 电源被广泛使用，其中的一个 主要 原因是由于它的电路 结构简单，用到的器 件少，价格便宜。 电路通常由变压器、 全波整流电路、滤波电路和稳压电路 组成 ，如图 11 所示。 在线性稳压电源中，电压调整部分的晶体管等电子器件是工作于放大状态，其作用相当于一个阻值大小受误差电压控 制的可变电阻。 所以，负载电流是持续不断地流过电压调整管的，其上的功率损耗使得线性稳压电源只有 35％～ 60％的转换效率。 因此线性稳压电源需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器。 另外，由于线性稳压电源中变压器是工频变压器，其工作频率低，所以体积大，重量大，而且由于频率低，线路中所使用到的滤波电容和电感体积也很大 所以， 线性稳压电源的主要 问题就是：功耗大、效率低、体积大、重量大 ，所以在便捷式电子产品，如笔记本电脑，仪器仪表中不适合使用线性稳压电源 ]3[。 福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 6 图 11 线性稳压电路原理图 开关 电源 开关电源 原理框图如图 12所示，由基本输入电路、变换电路、控制电路 、保护回路和输出 电路等构成。 它与线性稳压电源的主要区别在于电压调整管控制电路部分。 在开关电源 中，电压调整管部分的电子器件是工 作于开关状态 ， 它的导通和 关断时间受检测电路检测到的误差电压控制。 这一部分是开关稳压电路的 核心，一般由脉冲产生电路、脉冲宽度（或频率） 调制电路、电子开关电路及脉冲整流滤波电路等几部分组成。 检测电路通过对输出直流电压的取样并与基准电压进行比较放大，可以得到一个反映输出电压变化的误 差控制电压送到控制电路。 控制电路根据误差电压大小调整输出脉冲的宽度（或频率）来控制电 压调整管的导通与关断时间，最终使输出电压达到稳定， 这就是开关电源 电路稳定输出电压的基本原理。 由于其电压调整管工作于开关状态，功耗小，而且变压器工作频率高，体积小，电路发热低，使用到的散热片也小，使得开关电源效率高，可达 70％～ 95％，而且体积小、重量轻，特别适合便携式电子产品使用。 图 12 开关电源的基本构成 线性稳压电源与开关 电源比较 经过上面简单的介绍 ，我们可以得出线性稳压电源与开关 电源的各种性能比较 如下表12 所示。 开关电源应用 —— POS 机的电源设计 7 表 12 线性稳压电源与开关 电源的比较 类 型 线性稳压电源 开关 电源 效率 低（ 35％～ 60％） 高（ 70％～ 95％） 尺寸 大 小 重量 重 轻 电路 结构 简单 复杂 稳定度 高（ ％～ ％） 普通（ ％～ 3％） 纹波（ pp） 小（ ～ 10mV） 大（ 10～ 200mV） 暂态反应速度 快（ 50μ s～ 1ms） 普通（ 500μ s～ 10ms） 输入电压范围 输入电压范围大时，效率降低，无直流输入自由度 输入电压范围很宽，亦可直流输入， 100V/200V共用亦可 成本 低 普通 EMI 干扰 无 有 开关 电源的分类 开关 电源有多种分类。 按电源启动方式可分为自激式开关电源和他激式开关电源；按 储能电感（脉冲变压器）与负载连接方式可分为串联型开关电源和并联型开关电源；按控制开关管的导通方式可分为调宽型开关电源和调频型开关电源。 近几年来在开关电源的设计上不断改进和完善，出现了几种类型开关电源的组合，如自激并联调频 式 开关电源 、自激串联调频式开关电源 、自激并联调宽式开关电源、自激串联调宽式开关电源、他激串联调宽式 开关电源及他激调频式开关电源等。 同时 ，还出现了主、副多个开关电源、 PWM（从取样误差放大到脉宽调制器电路）谐振式开关电源、多环路控制自激式开关电源及多开关管的桥式变换器开关电源等。 开关 电源的优越性 开关 电源的优越性主要表现在： （ 1） 功耗小。 由于开关管功率损耗小，因而不需要采用大散热器。 功耗小使得电子设备内温升也低，周围元件不会因长期工作在高温环境下而损坏，这有利于提高整个电子设备的可靠性和稳定性。 （ 2） 稳压范围宽。 当开关 电源输入的交流电压在 150～ 250V 范围内变化时，都能达到很好的稳压效果，输出电压的偏差在 2%以下。 而且 在输 入电压发生变化时，始终能保持稳压电路的高效率。 因此，开关 电源能适用于电网电压波动比较大的地区。 （ 3） 体积小、重量轻。 开关 电 源可将电网输入的交流电压直接整流，再通过高频变压器。