1、 本科 毕业设计 基于 SG6848 开关电源的设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 开关电源是应用于广泛领域的一种电力电子装置。它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，而传统的线性电源需要体积 大且笨重的工频变压器和滤波器，而且其电源效率很低一般只有 45%左右，还会产生大量的热量，所以在小功率范围内开关电源基本取代了线性电源，并迅速向大功率范围推进，在很大程度上取代了晶闸管相控整流电源。可以说，开关电源技术是目前中小功率直流电能变换装置的主流技术。 为了设计 高效率、高密度、高可靠性，重量轻的开关
2、电源 ，就要去掉体积笨重的电容、散热器和变压器，而集成 IC的发展让设计理想的开关电源成为了可能。 本文介绍 了基于 SG6848芯片的一种小功率开关电源的设计 ， 将输入为 90-270V、 50/60Hz 的交流电输入转换 成 5V、 2A的直流电输出，用于对小功率电气的供电。 本设计采用先进单片开关电源 芯片 SG6848， 整个开关电源有控制电路，主电路拓扑，输入电路和输出电路构成 。 而控制电路采用 PWM 脉宽调制，主电路采用单端反激式开关电源。采 用 SG6848 开关集成电路设计开关电源，缩小了开关电源的体积， 简化了开关电源外围电路的设计， 提高了开关电源的效率，降低了开关电
3、源的损耗，同时也使得开关电源更信息化，网络化。 关键词： 开关电源； PWM； SG6848 II Abstract Switching power supply is used in a broad range of power electronic devices. It has high energy conversion efficiency, small size, light weight, high control precision and fast and good, but the traditional linear power supply requires bulky
4、 and heavy transformer and filter frequency, and its power efficiency is very low generally only 45%, but also produce large amounts of heat, so in the context of low power switching power supply replaced the linear power supply, and quickly advancing to high power range, to a large extent replaced
5、the thyristor phase-controlled rectifier power supply. It can be said, switching power supply technology is the small and medium-power DC power conversion device of the mainstream. In order to design efficient, high density, high reliability, lightweight switch power, will remove the volume of capac
6、itor, radiator and cumbersome, and integration of IC transformer for design ideal switch power became possible. This paper introduces a kind of SG6848 chips based on the design of small power switch power supply, the input for 90-270V, 50/60Hz of alternating current input convert 5V dc output, and 2
7、A used for small power electric power supply. This design USES the advanced monolithic switching power supply, the switch power SG6848 chips have control circuit, the main circuit topology, input circuit and the output circuit constitutes. And control circuit using PWM pulse width modulation, the ma
8、in circuit USES the ocl flyback type switch power supply. Using SG6848 switch IC design switching power supply, narrowed the volume of switch power supply, simplifies the design of buffer circuit switch power, improving the efficiency of switch power supply and reduce the loss of switch power supply
9、, but make the switch power supply more information, network. Keyword: Switch power supply;PWM;SG6848 III 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题的研究目的 . 1 1.2 电源技术的国内外发展情况 . 1 1.3 开关电源的市场前景和展望 . 2 1.4 本文主要任务 . 2 第 2 章 开关电源电路的原理 . 3 2.1 开关电源的基本结构 . 3 2.2 开关电源输入电路 . 3 2.2.1DC 输入的开关电源输入电路 . 3 2.2.2AC 输入的开关电源输入电路 . 4 2.
10、3 开关电源的调制方式 . 5 2.3.1 PFM 调制 . 5 2.3.2 PWM 调制 . 5 2.4 PWM 调制的反馈控制模式 . 6 2.4.1 电压控制方式 . 6 2.4.2 电流控制方式 . 7 2.5 开关电源的拓扑结构 . 8 2.5.1 非隔离式拓扑结构 . 9 2.5.2 隔离式 拓扑结构 . 10 第 3 章 SG6848 芯片的特点和应用 . 13 3.1 SG6848 内部结构功能和引脚说明 . 13 3.2 基于 SG6848 芯片开 关电路设计的外围电路 . 15 3.2.1 启动电路和过流保护 . 15 3-2-2 振荡器电路 . 15 第 4 章 SG68
11、48 典型电路设计 . 17 4.1 输入电路设计 . 17 IV 4.2 主电路拓扑设计 . 18 4.3 副边反馈设计 . 20 4.4 变压器设计 . 23 4.5 基于 SG6848 开关电源的工作原理和电路图 . 25 4.6 基于 SG6848 开关电路的元器件清单和 PCB 设计 . 26 4.7 基于 SG6848 开关电路的硬件调试 . 27 4.7.1 输出纹波测量 . 27 4.7.2SG6848 门级输出波形 . 28 4.7.3SG6848 反馈引脚的检测电压 . 29 4.7.4 桥式整流后输出电压的纹波 . 30 结 论 . 31 致 谢 . 错误 !未定义书签。
12、 参考文献 . 32 附录 1 基于 SG6848 开关电源的实物图 . 33 1 第 1 章 绪论 1.1 课题的研究目的 随着计算机、电子技术的飞快发展，电子技术的应用也越来越广泛，种类也越来 越多。电子设备在人们的日常生活和工作中也扮演着越来越重要的角色。有电子设备的地方必然需要可靠的电源，随着电子设备的发展，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的发展方向是小型化，小成本化，这使相应的电源的发展方向以轻、薄、小和高效率为主。传统的晶体管串联调整稳压电源具有稳定性好、输出纹波电压小、使用可靠等优点。但它的工频变压器和滤波器体积很大而且十分笨重，体积和重量都很大。它的调整管的功耗很大，电源效
13、率很低，一般只有 45%左右。由于调整管的功耗很大，所以它需要体积很大的散热器，很难满足许多实际运用中要求。所以 小型化的开关电源在这个时代背景下也应运而生了。开关电源是一种电力电子器件，是通过功率变换器对电能进行变换，经过变换后的电能能满足各种用电的需求，由于其高效节能的特点而具有很好的经济效益，从而引起了社会的广泛关注。 开关电源作为各类控制系统的原动力，其地位日益提高。随着现代大型用电设备的迅速发展，特别是微电子技术的发展。任何通讯设备都离不开电源，开关电源装置的质量直接影响通信的质量。通信设备对开关电源装置的要求越来越高，各种新型的电路也不断的被开发。 1.2 电源技术的国内外发展情况
14、 在国外， 20 世纪 50 年代， 美国宇航局首次为搭载火箭开发了小型化、重量轻的开关电源。在半个多世性电源。 20 世纪 70 年代处，开关电源实现了 20HZPWM 开关变换。可以说是划时代的创举，被称为“ 20HZ 革命”，是电源技术发展史上的第二次飞跃。 20 年代 80 年代，计算机全纪的发展过程中，开关电源因其体积、重量、效率、发热等上面的优势，已经逐渐取代了传统的连续工作电源，并越来越被广泛运用于电子行业。 20 世纪 60 年代，随着晶闸管及其派生元件的出现，采用 PWM 控制的开关电源开始逐渐取代传统的电源，采用 PWM 控制的开关电源的转换效率远远超过线面实现了 开关电源
15、化，率先完成了电源的换代。而当时开关电源的工作频率已达到 100 250KHz。 20 世纪 90 年代开关电源被广泛运用于日常生活中，进入了快速发展时期，其工作频率已发展到 500kHz 1MHz。但随着工作频率的提高，随之带来的开关损耗也摆在了人们的面前。而此时软开关的产生，适时的解决了开关电源无法高频高效的问题。开关电源从硬开关技术向软开关技术的过渡是电源技术发展史上的第三次飞跃。在整个20 世纪 90 年代，软开关技术是整个开关电源研究的重点，各种基于谐振变换的电路拓扑形式不断的涌现，新型的电路不断的被开发。 而在国内，开关电源基本上起源于 20 世纪 70 年代末和 80 年代初，当
16、时高等院校和一些科研机构正在对开关电源进行试验和开发。而真正被推广和应用是在 20 世纪 80 年代中期。到 20 世纪 80 年代开关电源的特点是采用 20khz，脉宽调制（ PWM）技术，效率可达 65% 70%。经过 20 多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和发展。功率器件的更新发展促进了开关电源的高频化，软开关技术使高频开关电源的实现有了可能。控制技术，由于有源功率因数校正技术等的发展使开关电源的电路大大的简化，在提高开关电源的整体效率的同时，还2 能抑制电 网的谐波污染。 1.3 开关电源的市场前景和展望 21 世纪开关电源的技术的追求和发展方向为：小型化、薄型化、轻量化、高频
17、化；高可靠性；低噪音；模块化；采用计算机辅助设计和控制。其中开关电源的小、轻、薄的关键技术是高频化。模块化是开关电源未来发展的总体趋势， 并联运行是电源产品大容量化的一个有效手段，可以通过设计 N+1 冗余电源系统，实现容量扩展，提高电源系统的可靠性、可用性 。谐振转换电路的出现，为开关电源实现高频化并降低噪音提供了理论上的可能性。 SMT 技术的发展使开关电源在轻、小、薄的追求上得到了长足的进步。 ZVS、 ZCS 的软开关技术的发展为开关电源的高频化提供了可能，也能大幅提高开关电源工作效率。以下是开关电源发展的几个方向： 1.高频化，开关电源的体积和重量主要有储能原件决定的，开关频率的提高
18、，在一定范围内能有效的减小储能原件的体积和重量，而且在抑制干扰和改善动态性能方面也会大大改善，开关电源的高频化是未来发展的主要方向和研究目标。 2.低噪音，如果开关电源一味追求高频化，会大大增加开关电源的噪音，在原理上，谐振转换回路技术能提高开关电源的开关频率并且降低噪音。所以，尽可能的降低开关电源的噪音是未来开关电源发展 的又一方向。 3.高可靠性，组成一个开关电源的元器件比普通使用的连续电源要少的多，这样能提高开关电源的可靠性。电源的寿命有电解电容、光耦合器和排风扇等器件的决定。从设计上考虑，减少器件，提高集成度是提高可靠性的一种有效方法，这样还能增加电路的保护功能，简化电路，提高了平均无
19、故障时间。 1.4 本文主要任务 1.了解开关电源的基本原理。 2.介绍开关电源的控制电路及其分类。 3.介绍开关电源的拓扑结构及其分类。 4.设计一个基于 SG3848 的开关电源，并进行 PCB 设计。 3 第 2 章 开关 电源电路的原理 2.1 开关电源的基本结构 开关电源的基本构成如图 2.1 所示，输入电压经过整流、滤波得到高压直流电，高压直流电通过变压器进行降压提供驱动器和变换电压工作电压，输出电压通过输出检测反馈给控制电路从而改变再经过驱动电路控制功率器件的占空比，来调整输出电压大小 。 图 2.1 开关电源的基本构成 2.2 开关电源输入电路 开关电源的输入源分为 DC 输入
20、和 AC 输入两大类， DC 输入的开关电源输入电路由滤波电路和抗浪涌电路组成。 AC 输入的开关电源输入电路由 防雷电路，滤波电路和整流滤波电路组成。 2.2.1DC 输入的开关电源输入电路 DC 输入的开关电源输入电路原理图如图 2.2 所示： 1.输入滤波电路：双 型滤波网络主要是 能抑制 输入电源的电磁噪声及杂波信号，防止这些信号和噪音 对电源干扰，同时也 能 防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰 ，起到保护电网的作用。 双 型滤波网络 由 C1、 L1、 C2 组成 。 C3、 C4 为安规电容， L2、 L3 为差模电感。 2.抗浪涌电路 由 R1、 R2、 R3、 Z1、 C6、
21、 Q1、 Z2、 R4、 R5、 Q2、 RT1、 C7 组成。在起机的瞬间， Q2 不导通， 因为 C6 的电压没有达到稳压值， 电流经 保护电阻 RT1 构成回路。当 C6 上的电压 冲的电压值和稳压管 Z1 的稳压值相同时， Q2 导通。如果 输出端 C8 漏电或后级电路 出现 短路现象，在起机的瞬间 在电阻 RT1 构成的回路上电流会增大，从而使 RT1 上产生的压降增大， Q1 导通 时， Q2 的 栅极电压 为零，以至于 Q2 不导通， RT1 上 将会 流过一个很大的电流，RT1 会 在很短的时间烧毁， 用 以保护 电源 后级电路 的安全 。 变换电路 Ui Uo 输入电路 输出
22、电路 驱动器 输出检测 控制电路 4 图 2.2 DC 输入的开关电源的输入电路 2.2.2AC 输入的开关电源输入电路 AC 输入的开关电源输入电路原理图如图 2.3 所示： 1.防 雷电路：当有雷击， 输入开关电源的电压源会产生一个高压 ， 这时 由 MOV1、 MOV2、MOV3、 F1、 F2、 F3、 FDG1 组成的 防雷 电路 会对开关电源 进行保护。 当压敏电阻受到高压时 ，其电阻值会变小由 P=U*U/R 得知，压敏电阻上消耗的能量增大，减少高压对输入电路的危害。若电流 超过压敏电阻的最大值 ， 为了 保护后级电路 ， F1、 F2、 F3 会烧毁。 2. 输入滤波电路：C1
23、、 L1、 C2、 C3 组成的双 型滤波网络主要是 能抑制 输入电源的电磁噪声及杂波信号，防止这些信号和噪音 对电源干扰，同时也 能 防止电源本身产生的高频杂波对电网干 扰 ，起到保护电网的作用。 当 电源 开启瞬间，瞬间电流 很 大， 由于热敏电阻阻值减小，以至 瞬时能量全消耗在 RT1 电阻上 ，所以 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。 2.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。 为了减
24、小 输出的交流纹波 ， C5 不应选的太小。 图 2.3 AC 输入的开关电源输入电路 5 2.3 开关电源的调制方式 2.3.1 PFM 调制 PFM 是脉冲频率调制，也是开关电源中一种常见的调制方式。其调制信号的频率随着输入信号幅值而变化，占空比不变。 脉冲频率调制 (PFM)方式具有较高的传输信噪比，调频特性 ，而且在 中继传输、再生整形 方面 ， PFM 调制有很大的优势，所以， PFM 调制在拥有较好的抗干扰能力的情况下，系统线性的容限也会被放宽 由于频率变化的方波信号是 PFM调制信号，所以 PFM 也可以叫做方波 FM。 PFM 调制方式工作波形如图 2.4 所示： 图 2.4PFM 调制方式工作波形 在最近， PFM 调制在开关电源的应用越来越多，其具有以下优点：静态功耗小，响 应速度快，轻载时效率比 PWM 调制高，频率特性好，工作频率比较高。缺点是：滤波困难，输出纹波较大，负载的调制范围小 。 2.3.2 PWM 调制 PWM 是脉冲宽度调制，它在开关电源的应用十分广泛。它的工作频率是芯片内的振荡器的固定频率产生的。在频率一定的情况下，通过调节开关管控制信号的占空比来调制输出电压。PWM 调制方式的特点是工作频率一定，只调节开关管控制信号的占空比。此外 PWM 调制方式在抑制开关电源的纹波和噪音方面都有不错的性能。 PWM 调制工作波形如图 2.5 所示：
