Pg电子平台：模块化开关电源的电路设计
该设计主要基于LM2576。系统输出电流可变,通过调节LM2576的PWM保持电压8V稳定,同时两个模块的电流可以以一定比例输出,并且保持系统的效率达到60%以上。PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片本设计在强电部分制作了PCB电路板,使电路布局更加的合理,进而是效率达到更大,弱电部分采用多级放大,增加了输入阻抗,减少了输入干扰,从而提高了输出的精度。LM2576内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等在散热方面,我们充利分用了板间空间,使散热更加的合理化,保证了本系统的稳定性。
随着电子技术的不断发展，电能的加工也取得了长足的进步。在使用电能时，可以达到高效节能的目的。与此同时，电子技术的小型化使电子技术得以扩展其应用并促进整合过程。同时，电子技术的发展趋势表明，通过电子技术的加工和改进，电能领域的应用将提供更多的便利。对于传统行业，优秀的电力使用系统可以帮助传统行业智能化生产，提高生产效率。此外，电子技术的高度可控性可用于减少工作中的错误，最大限度地发展和转变传统产业，并为传统产业提供更多援助。
目前，在中国各地兴起了大型硅整流器工厂的热潮。当前，中国大小型硅整流器的半导体制造商是当时的产品。机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。主电源的作用是将单相或三相交流电网转换为标称值为48V的直流电源。
在20世纪80年间，计算机使用开关电源在计算机发电方面起带头作用。然后开关电源技术已进入电气和电子设备领域。开关电源设计的难点是电源一定要稳定,开关电源在高频高压状态下工作,很容易产生自激。电子技术的发展趋势表明，通过电子技术的加工和改进，电能领域的应用将提供更多的便利。
对于传统行业，优秀的电力使用系统可以帮助传统行业智能化生产，提高生产效率。此外，电子技术的高度可控性可用于减少工作中的错误，最大限度地发展和转变传统产业，并为传统产业提供更多援助。在20世纪80年间，计算机使用开关电源在计算机发电方面起带头作用。对电子技术有了更深层次的了解，在以后学习生活中树立了终生学习电子技术的远大目标，祝福我们国家的电子技术越来越好！
现代电子技术应用于各科学领域，在各方面影响着人们的生活，为人们生活带来了很大的方便。节省了大量的人力和物力，满足了人们的需求。随着电子技术的不断发展逐渐影响着各个领域的发展，也不断影响着人们的生活方式和质量，所以为了满足社会的快速发展，现代电子技术也要不断的突破发展。
现代电子技术向着平民化，智能化，微型化，数字化等趋势发展。大量运用于汽车领域，医疗领域，气象通信领域，在方方面面不断造福着我们的美好生活。所以对现代电子技术的研究是很有必要和有意义的。
此次的题目来源于对开关电源的研究，可以实现开关电源的小型化、智能化、模块化设计,满足开关电源大功率、标准和提高系统的稳定性。可以更好的应用到各个生产部门和人民的日常生活。
通过对这次课题的研究,我们更加深刻的了解本专业的专业知识,加强了大脑处理能力,开发自己的力量和独立,为今后的学习,生活和工作的坚实基础。
本章主要分析开关稳压器电源的原理，开关稳压器功率调节器的控制方法和关键模块设计原理。
由开关电源中使用的能量存储组件，例如电感器，变压器或电容器，进行T-转换以实现输入电压和极性反转的增加。将分析这三种开关电源的作业原理，如图1-1，1-2所示。
降压开关电源示于图1-1。能量存储过程：当开关关闭时，续流二极管V.由反向偏置停止，并且跨电感器L上的电压是VI-VO。由于在电感器的电流不会突然改变,电流将线性上升在的di / dt = V / L的比例(见图1-2)。能量以磁能的形式存储在储能电感器中,在此期间电流变动值为:
泄漏过程:当开关打开时，储能电感L中的电流不会突然发生变化，从而产生与L初始电压相反的自感应电动势。此时，随心所欲的二极管VU开始进行正向传导。储存在L中的磁能将通过Vu和负载电阻RL开始放电，电流将以di / dt = VL / L的比例线)。为了简化计算，将使用二极管V。接通电压降近似为零[1]。
只有当存储的能量A等于减小的能量f时,才能实现动态平衡,并且能够始终保证,能量存储电感器L中的能量连续地提供负载电阻RI。提供能量和功率。这是构成电源的最基本条件,因此必须遵循以下关系:
图1-3是升压型开关电源的示意图。在储能过程中，假设开关已经打开了很长时间。当开关被闭合时，输入电压跨电感器完全下降，从而导致阻断二极管[2]。所述电容器放电。由于输入电压是直流，线性电感器的流量随时间增加。在此期间,电流变化是电流:
泄能过程:当开关再次接通时,由于电感上的电流不会突然,它将不可避免地流过二极管到电容器,该二极管的正电压将上升到VD + VO。跨越电感器的电压降是VD + VO-VI，并且在电感器的电流将开始下降。在此期间，电流值波动（虚二极管VD的电压降接近零：(1-5)
图1-4是翻转型开关电源。当开关闭合时，续流二极管VD由于反向偏压而停止，并且输入电压Vi在电感器上下降。电感上的电流线性增长，存储能量，电流变动为：
当开关开通时，电感上的电流不会突然，电流将流向二极管并以相反方向对电容充电。电流变化值为:
在晶体管的开启时间内，调整输出电压的时间非常短，因此输出端必须要有一定量的误载（也称为预载）以防止输出空电压增加。
脉宽开关电源的基本原理如图1-6所示。其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片，如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等;PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等;PWM-PFM兼有PWM和PFM的优点。这导致斩波器后的平均电压增加，导致Vo上升，反之亦然 [4]。
通过前面部分的介绍,已知脉冲宽度调节器必须具有由波形发生器产生的具有固定频率的方波,以及用于稳定输出电压的误差放大器;考虑到开关管的功耗,电路需要具有过流保护和过热保护等保护电路,以防止开关管的功耗过度损坏,导致整个电路的故障。开关晶体管的设计原理已讨论过[5]。
内阻是参考电压源应具有的主要前提。参考电压源的内阻越小，参考电压值越稳定。 良好参考的内阻可小至100 [6]。良好的基准电压源的内阻值可以小至100以下。
由于调节管的加热和环境热度的变化直接影响参考电压源的操作，因此温度系数是参考电压源的另一个重要指标。温度系数是由温度变化1℃引起的参考电压的相对变化率（表示为百分比）。它也可以通过每1°C温度变化的参考电压的绝对变化值来表。
在集成稳压器中，通常会有超过额定值的负载电流(稳压器的输出电流)，或者稳压器输出端的错误短路会对稳压器造成损坏。特别是，开关晶体管是由于增加的能源消耗。温度敏感元件用于测量温度。当调节管温度因功耗过大而高于一定值时，测试调节管温度的元件应能够驱动保护电路。为了降低调节管的工作电流，限制功率消耗，调节管的温度，避免过热和损坏[7]。
对于过电流保护电路和过热保护电路，需要高灵敏度和可靠的操作，并且当发生异常现象时，可以及时抑制保护。
振荡器的作用是发生具有巩固效率的方波。在这方面，RC振荡电路可用于对电容器充电和放电以产生锯齿波。但是，开关稳压电源调节管应控制在饱和和关断状态，因此需要方波信号。
电路中误差的设计思想是在被电阻器分压后将输出电压与参考电压进行比较。在此设计中，可以提供一个1.0V的基准电压，因为两个输入要求输入（输入2）和反相（输入1）。通过差分放大器实现放大，只要一端发生变化，两个输入就连接到差分电路的两端，另一端向相反方向变化，增加两端的误差以增加输出。同时，为了增加电压增益，设计采取有源负载来落实。差分电路可以同时克服温度漂移，满足误差放大器的要求[8]。设计的具体电路图如图2-1所示。
晶体管Q60和Q61形成一些差分对管,输入信号为输出电压的采样电压,节制误差被放大;晶体管Q54和Q55形成比较器,参考电压为1.0 V.右侧由Q62a,Q62b和Q43,Q68组成。快速检测到异常状态。输入将在下面输入,输入2将作为示例暂停,以解释其工作原理[9]。对于由Q60、Q61组成的差分放大器,当输入输入1电压高于1.0 V的参考电压时(将输入1点电压和参考电压之间的电压差设置为 V),然后,随着与参考电压的偏差增加4 V,电流流过电阻器R64。基极电压也将高于1.0 V,因此对于由Q54和Q55构成的比较器,输出端Q54的集电极电压将减少。降低的电压将直接反馈到输入2到Q72和Q62,导致电压下降。此时,与电阻器 R64相同幅度的电流流过电阻器R62,使输入2点的电压降低 V,因此,差分管的两个输入端之间的电压差上升到大约2V,这使得输出点 Vb67处的电压逐渐减小。反转电压值为Vo1,当V增加到某个值时,Vo1将变为高电压。触发电路工作,将开关管关断[10]。
当外部温度改变温度时，晶体管Q60，Q61的集电极电流增加。然后，在所述电压源，电压源也将在两端增加，这将导致晶体管Q60的基极结电压，Q61降低，因温度变化引起的晶体管集电极变化的灵敏度较高，从而提高了抑制温度漂移的能力[11]。
三个设计思路用于过电流保护电路：电流限制，电流降低和拦截尽管限流和限流保护电路结构简单，开关管的功率消耗比较大，尤其是对于电流限制。在这种设计中,开关管集成在内部,因此必须尽可能地降低开关功耗。主要原理是通过一个电阻与输出电流转换成电压，然后将其发送到比较器与基准电压进行比较，以实现控制所述开关管的目的[12]。
该电路有两个对照器，每个比较器的参考电压为110mV，但一个参考点为GND，另一个参考点为输入电压Vin。过流保护电路通过电阻将输出电流转换为电压，并将该电压与内部参考电压进行比较[13]。
对于正输入端子Q23的基极，其电压是从参考电压源发生的参考源的1.6V。经电阻分压而得0.89V，对于式(2-1)。
当V[110 mV时有，V( Q24 b)[ V( Q23 b)，比较器的输出为高，这使晶体管Q25截止，输出电压Vo2为低，触发器不工作。
当V]110 mV时有，V( Q24 b)] V( Q23 b)，比较器的输出为低，一对晶体管Q24导通，输出电压Vo2为高，触发器作业以庇护。
以Vin作为参考点的比较器。该比较器不是传统的差分比较器。所以，当V[0.11 V时，有V(Q25b) ]Vin-0.7，使晶体管Q25截止，电路正常工作。 当V]0.11 V时，有V( Q25 b)] Vin-0.7，晶体管Q25导通，触发器工作，开关管处于截止状态以保护功能[14]。
开关管是加热元件。当电路工作时，开关会因功耗而升温，因此集成稳压器基板的温度会升高，特别是对于完全集成的稳压器。由于散热不良和电流大，温度升高。更高，最终导致开关管烧毁，热保护电路是必不可少的并且设计将开关管集成到芯片中，并且 BE结用于测试电路中的结温[15]。 具体电路图如图2-3所示。
在温度允许范畴内，1.6V的参考电压除以电阻，并且在晶体管Q33的基极形成的电压为1.3V。因此，晶体管Q33的发射极和基极之间的电压降为： 0.3V。电流流过电阻器R24，R23。让PNP的EB结导通电压为0.6V，然后电路允许的最高温度为150°C [16]。
这是用于提取从含有干扰接收到的信号的有用信号的技术。所接收的信号等于所观察到的随机过程和有用信号等于所估计的随机过程。例如，使用雷达来跟踪飞机，所测量的飞机位置数据包括测量误差等随机扰动。你如何使用这些数据来准确地估算在每一时刻的位置，速度和飞机的加速度，预测飞机的未来定位是过滤和预测的问题。这些问题在电子，航空航天科学，控制工程等科学技术领域的丰富。由于电容器两端的电压没有变化,可以看出信号频率越高,衰减越大,但生动地说电容器就像一个储液器并且不会引起水量的变化。加入或蒸发几滴水。它将电压变化转换为电流变化。过滤是充电和放电的过程。
电容器也是能量存储元件,其存储的电能与其自身电容器的平方和端电压成比例:E = C * U * U /2。电容器存储的能量易于维护，而且不需要超导体。电容器存储还提供即时功率，从而非常适用于激光，手电筒等应用很重要。
(1)电容容量越大越好：容量大，电机转速快，但发热量大，长时间工作容易造成电机烧毁；容量小，电机不启动或启动困难，电机无力，转速下降。应配置标准容量的电容为妥。大电容是启动电容，提高转距力，而运行电容比较小，是提高功率因数的，提高效率单相交流电，是无法形成旋转磁场的，即使把两组绕组，配置成上下，左右各一组，其产生的磁场也是无法使转子旋转起来的。
(3)良好的电容代表高品质：“电容理论”曾经非常受欢迎。 一些制造商和媒体也刻意将这件事作为卖点。在电路板设计中，电路设计水准至关重要。而一些制造商可以使用两相电源来制造比使用四相电源的一些制造商更稳定的产品，盲目地使用高价电容器，不一定能够制造出好的产品。要测量产品，我们必须考虑所有角度。我们不能有意或无意地夸大电容的作用。
LM2576系列是3A电流输出降压型开关式集成电压控制由National Semiconductor公司制造电路。它由一个固定频率振荡器（52千赫）和参考调节器（1.23 V）与完整的保护电路，包括限流和热电路。使用此设备,只需要几个外围设备形成一个有效的稳压电路。
LM2576内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。为了产生不同的输出电压，通常将比较器的负端接基准电压（1.23V），正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中R1=1kΩ（可调-ADJ时开路），R2分别为1.7 kΩ（3.3V）、3.1 kΩ（5V）、8.84 kΩ（12V）、11.3 kΩ（15V）和0（-ADJ），上述电阻依据型号不同已在芯片内部做了精确调整，因而无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值1.23V进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。输出电压分流电阻网络的输出如果电压被偏置相比1.23V的内部参考值稳定，内部振荡器的输出占空比被放大器控制以维持输出电压。
