反激式开关电源手机充电器_反激式开关电源图解

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黑龙江科技大学

Heilongjiang university of science and technology

第 届电子设计大赛

简易DIY手机充电器论文

院系：电气与控制工程学院

组别：（）

成员:张硕（电气）石力玮

指导老师： 张秀

2014年5月22日

目 录引 言...................................................................................错误！未定义书签。2 系统设计............................................................................错误！未定义书签。

2.1 设计要求..............................................................................................................错误！未定义书签。2.2 总体设计方案......................................................................................................错误！未定义书签。

2.2.1 系统总体设计方案...................................................................................错误！未定义书签。2.2.2 基本模块设计方案...................................................................................错误！未定义书签。单元硬件电路设计............................................................错误！未定义书签。

3.1 电源电路模块......................................................................................................错误！未定义书签。3.2 光电寻迹模块......................................................................................................错误！未定义书签。3.3 金属探测传感器模块..........................................................................................错误！未定义书签。3.4 红外避障模块......................................................................................................错误！未定义书签。3.5 单片机AT89S51核心模块.................................................................................错误！未定义书签。

3.5.1 单片机芯片的选择...................................................................................错误！未定义书签。3.5.2时钟及复位电路........................................................................................错误！未定义书签。3.6 按键控制模块设计..............................................................................................错误！未定义书签。3.7 LCD显示电路......................................................................................................错误！未定义书签。3.7 步进电机驱动设计电路......................................................................................错误！未定义书签。系统软件设计....................................................................错误！未定义书签。

4.1 主程序流程图......................................................................................................错误！未定义书签。4.2 步进电机方向及速度控制程序流程图..............................................................错误！未定义书签。4.3 金属探测及控制设计流程图..............................................................................错误！未定义书签。4.4 红外避障及控制设计流程图..............................................................................错误！未定义书签。系统调试............................................................................错误！未定义书签。

5.1 硬件调试..............................................................................................................错误！未定义书签。

5.1.1 单元模块的测试.......................................................................................错误！未定义书签。5.2 软件调试..............................................................................................................错误！未定义书签。心得体会............................................................................错误！未定义书签。参考文献................................................................................错误！未定义书签。

（这是小车的论文目录，其它作品仿照这个格式）

摘 要

本作品是基于被广泛应用在小功率及手机充电器电子设备领域的开关电源基本拓扑之一的反激拓扑设计而成的开关稳压电源供电系统，通过电压反馈环节对主电路的输出进行稳压，本文所设计的输入电压是20~28V，能够输出5V定压，1A电流，直接用数据线给手机充电，功率可达到5W，频率为82KHZ，效率为83%。此反激变换器主电路是由开关Q、整流二极管D和滤波电容C和隔离变压器构成，开关Q按照PWM方式工作。变压器有俩个绕组，初级绕组和次级绕组，俩个绕组是紧密耦合的，原副边用光耦隔离。反激变换器电路简单，元器件少，输入输出隔离等优点，适合低压、中小功率的电能。

1.1设计任务

(电源框图)

1.2 技术指标

1.21

基本要求

在负载条件下，使电源满足下述要求：

（1）输入电压20~28VDC；

（2）输出电压5V；

（3）输出电流1A；

（4）额定效率大于等于80%；

（5）输出纹波电压小于等于1%V0；

（6）调整率小于等于2%；

（7）负载调整率小于等于2%；

1.3 题目分析

从设计任务上来看，本次设计是反激式电源开关变换器，而且其中电源变换器的效率要求也是非常高的，本设计的难点在于输出电压稳定，所以要求反馈调节的电压电流要精确。而且应该注意光耦隔离和磁复位绕组的设计，即变压器的设计，一定要有足够的磁复位时间。

2.方案论证

2.1 开关电源主拓扑的选择

方案一：主拓扑采用单管正激，控制芯片采用SG3525，由于原副边不共地，所以需要加驱动变压器，输出电压采样送到1脚，2脚作为基准提供一个2.5V电压根据基准电压实现输出采样电阻电压的确定。

方案二：主拓扑采用单管正激，控制芯片采用SG3525，为了使原副边隔离，与方案一的驱动方案相同，利用驱动变压器，将输出电压采样接到SG3525的1脚，2脚与16脚相连利用其内部基准。

方案三：主拓扑采用单管反激，采用电流型的控制芯片UC3844，原副边利用光耦进行隔离，输出电压采样送到TL431运算放大器的输入，经运算放大器放大后输出接光耦PC817的2脚。利用输出采得的电压与3脚进行比较来控制占空比从而控制输出5V恒定。

（反激原理主电路简图）

UC3844 原理图如下

2.2 方案选择

对以上三种方案进行比较，方案一电路比较复杂，需要二个MOS管；方案二主电路虽然适合低压输出但由于SG3525有16个引脚电路还是比较复杂了；方案三比较方便简单、可行、效率高，适合低压的隔离变换。

3.电路电源的设计与参数计算

3.1 系统总体流程图

(电感电流连续工作图)

（电感电流断续工作图）

3.2 电路参数的计算及器件选择

（输入Vin=20~28V Vo=5V Io=1A f=82KHz Ƞ=83%）

2PofLpIppkPin2

η

在同样的功率条件下，Vin越低越接近临界模式；

在电压等级一定下，输出功率Po越大，越容易进入临界模式。

当Pon(额)，Vin（min）,刚好临界

NpVoNsDNsVin

D(max)

Vo＝

NpNp1DVin(min)VoNs

（1）令D(max)=0.43

(2)Vf(反射电压）

VfNPNSD0.43Vin2015.087VNSNP1D10.43

令Vsn=2.2VF=2.2×15.087=33.19V

LlR=2%Lp=2%×74.86=1.4972uH

R8: LpVin(min)D(max)200.4374.86uH3Ippkf1.4009582102Pon292.5217ADηVin(min)0.430.8320

IppkRsn

C5:

Vsn21VsnLlRIppk2f2VsnnVo2.77K

C5

VsnUsn0.0369~0.0739(取0.056uF,100V)UsnRsnf(5%~10%)VsnRsnf

D5:

VKA(max)=Vin(max)+Vsn=63.34V(取uF4007)

Q1:

VDS(max)=Vin(max)+Vsn=63.43V(取IRF540,100V,33A)

R6：

2Ippk时R6上的压降刚好1V，R6=1/Ippk=0.27

D6: NSVin(max)Vo27VNP

ID(max)Ispk3.92A(选EN5822)VKA(max)

C4:

VoESRIspk1%Vo0.09ESR0.02295(取10V，1000uF,ESR0.041)

R4:

R2: 令R94.7KR92.5R494.7103R4R99

R2Vin(min)8.411.6K(取10K)R2

原边匝数NP:

NP=VinD/AeBmf=14匝 复边匝数NS：

NS=nNP=4.99(取5匝)

磁复位绕组匝数：

Navx=NS(VCC+VF/Vo+VF)=13.333(取14匝)

计算气隙Lg：

Lg=NPNPuoAe/Lp=0.133

原边线径： IprmsIppkAPD0.53043Iprms0.09579J4ApDP(线径)0.349mm3.14

复边线径：

NPIppk3.92ANS1DIsrmsIspk1.7086A3Isp

AS0.305DS4AS0.67mm3.14

磁复位绕组线径：

Damx=0.211mm

3.3 电路图

4.总结部分 4.1 电路存在的不足

干扰：由于焊接电路时有些地方走线不合理，入电压突变和电流突变等，引入干扰。

效率方面：变压器的漏感，整流二极管的压降，都红影响。再就是线路的布局，引入一些干扰。由于线路，各器件损耗的功率，还有变压器的漏感。MOSFET开通关断损耗，电流采样电阻的损耗，都会影响其效率。

电压调整率：电压采样电阻的精度会影响其电压的变化。电阻随温度的变化而阻值会相应的有所变化，这样给反馈的电压不准，导致输出的电压会变化。这是最主要因素之一。外界的干扰也会导致不同程度的变化，外界干扰会导致输出有一个冲击偏差，这样进入反馈就会导致所有的都变化，调整率会变化。

纹波电压方面：纹波电压主要有电感的电流变化与电容的等级串联电阻的大小，线路的阻值大小有关系。最重要的是外界的干扰和开关噪声的干扰，使纹波电压太大。

4.2 系统应该进的方向

在负载调整率方面：尽量使变压器缠绕的规整一些，紧一些。整流方面可以用同步整流和二极管整流共同作用，这样可以大大减小压降管。在布线方面，用短而粗的线来布。减小这些压降，可大大的减小负载调整率。

效率方面：可以采用软开关技术，减小MOS管的开通和关断损耗，线路可以使用双线并走，变压器尽量绕的工整。

电压调整率方面：尽量选用高精度的电阻。尽量使布局合理，简单。走线尽可能的短。

4.3 总结：

经过这几个月的努力，这个方案终于有了结果，在这几个月里，我们真的学到了很多，学会了团队合作的精神，也提高了我们分析问题解决问题的能力，但是还存在不足之处，在以后的学习生活中我们会更加努力的学习知识，求真务实，充实自己。

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