1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） I2C 总线电视机实验板开发 -电源及输出部分 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 - 1 - 摘 要 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。当今社会随着现代 电力电子技术的高速发展，开关电源相继进入了各种电子、电器设备等领域。开关电源的发展方向是向着高频化发展，高频化又使其向着小型化发展，并且使开关电源应用范围更加的宽阔。 本次课题设计主要讲的是彩色电视机电源方面的设计与制作。电视机的开关稳压电源电路主要由以下几个电路组成：输入电路、自动消
2、磁电路、整流滤波电路、自动稳压电路和保护电路。文章主要介绍了这五个电路的基本原理图及其基本工作原理。此次课题需要用到的元器件比较多，虽然这些元器件都比较常见，但是许多元器件组成多个负载的电路看起来就比较复杂。在测试元器件参数时 ，就显得比较重要。在选择电源方面 ,经过把串联式开关稳压电源与并联式开关稳压电源比较，得出了并联式开关稳压电源的优越性更多，并联式开关稳压电源具有电源效率高，成本低、体积小、重量轻，稳压范围宽，可靠性高。 关键词 ：开关电源；并联式；电路 - 2 - Abstract Switching power is the use of modern power electron
3、ic technology, control switch tube opened and shut off time ratio, it is to maintain a stable output voltage power supply. With modern power electronic technology high speed develop. Switching power supply successively enter into various electronics, electrical equipment ,etc. Switching power supply
4、 is the development direction o f the development towards high frequency, high frequency change can make its toward miniaturization development, and application scope of switch power supply more spacious. This topic design mainly talks about color TV set power aspects of design and production. Switc
5、hing power supply circuit TV composed mainly by the following several circuit: input circuit 、 automatic degaussing circuit 、 rectifier filter circuit、automatic voltage circuit and protect circuit. This paper mainly introduces the basic principle of the five circuit diagram and the basic principle o
6、f work. The subject needs more component to use, although these components are more common, but many components composition more load circuit look is more complex. When in test components parameters, components choice becomes more important. In choosing power, after the tandem switching power supply
7、 and parallel switching power supply comparison, draw a parallel switching power supply superiority more, parallel switching power supply has the power of high efficiency ,low cost, small volume, light weight, wide range, high reliability tvoltage. and control line, has improved systematic stability
8、, dependability greatly. Key Words: Switching power; parallel;circuit - 3 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 开关稳压电源的应用与发展 . 1 1.2 本课题研究的内容和方法 . 2 2 电源的种类和工作方式 . 3 2.1 线性稳压电源 . 3 2.1.1 线性稳压电源的基本框图 . 3 2.1.2 线性稳压电路的原理分析 . 3 2.2 开关电源的分类和控制方式 . 4 2.2.1 开关电源的分类 . 4 2.2.2 开关电源的控制方式 . 6 2.3 本次课题需要达到的目的和要求 . 7 3 本次课题方案的设计与
9、比较 . 8 3.1 方案 1 串联式开关稳压电源 . 8 3.2 方案 2 并联式开关稳压电源 . 8 3.3 方案比较电视机的电源选择与确定 . 9 4 彩色电视机开关电源实验板组成 . 11 4.1 输入电路 . 11 4.2 自动消磁电路 . 11 4.3 整流滤波电路 . 12 4.4 自动稳压电路 . 13 4.5 开关电路 . 15 4.6 保护电路 . 16 5 电视机开关电源实验板制作 . 17 5.1 元器件的选取 . 17 5.2 电路板制作 . 17 5.3 电路组装 . 18 6 彩色电视机实验板调试 . 19 6.1 电源电路的测试 . 19 6.1.1 输入电路的
10、测试 . 19 6.1.2 效率的测试 . 20 6.1.3 功率的测试 . 20 6.2 测试仪器 . 21 6.3 测试数据 . 21 6.4 误差产生的原因与解决方法 . 22 7 总结 . 23 致 谢 .错误 !未定义书签。 - 4 - 参考文献 . 24 附录 1 系统实物图 . 25 附录 2 实验原理图 . 26 附录 3 PCB 图 . 27 - 1 - 1 引言 1.1 开关稳压电源的应用与发展 随着电力电子技术的发展，开关电源产品得到了很大范围内的应用与发展。开关电源产品广泛地应用于工业自动化控制、军工控制、科研设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表以及半导体制冷制热等领域。
11、人们在开关电源技术领域是一边开发相关的电力电子器件，另一边开发开关变频技术，这两个方面是相互促进以及推动了开关电源的发展。 早期的黑白电视机的电源一般采用线性稳压电源，随着科学技术的不断的发展，现在的彩色电视机采用的是并联式的开关稳压 电源 ,开关稳压电源具有优良的特性。 当今开关电源主要有四大发展趋势：一、非隔离 DC/DC 技术迅速发展；在最近的几年时间里，非隔离 DC/DC 技术发展得很快。现在很多设备和系统根据负载不同，那么就要求电源电路方面提供多个电压档级。 AC/DC 系统中不可能给出这样多的电压档级，并且许多低压供电电流又都很大，因此现在开关电源向着非隔离 DC/DC 发展。二、
12、开关电源向着数字化方向进军；现在的许多电子设备和电子产品都向着数字化发展，开关电源作为其中的一种当然也不能落后。目前许多公司都在开关电源的数字化研究方面取得了重大的成 果。目前主要是 UCD7000 系列， UCD8000 系列和 UCD9000 系列，它们是下一代数字电源的领路人 1。它们包括硬件部分和软件部分。三、初级 PWM 控制 IC 不断优化；开关电源设计时可以选择最佳控制方式和最佳电路拓扑。四、同步整流技术实现高效；从上世纪 90年代末期同步整流技术诞生以来，开关电源技术得到了极大的发展，采用 IC 控制技术已经得到了普遍的认可。 开关电源的发展方向是高频、高性能、低耗、低噪声、抗
13、干扰和模块化。 - 2 - 1.2 本课题研究的内容和方法 本课题是制作彩色电视机的电源部分，这次课题是以超级 单片机为例进行研究，通过对电视机电源电路的分析和研究，把电源电路分成六个电路，分别是输入电路、自动消磁电路、整流滤波电路、开关稳压电路、脉冲整流滤波电路、保护电路。 经过对电路图的分析和理解，运用 PROTEL 99 软件画出原理图和 PCB 图，并且制作出板子。 课题研究的预期目标：其需要达到的基本参数如下： （ 1）、输入交流 220v，输出直流主电压 110v、次电压 190v、 27v、 16v。要求完成电路的硬件制作。 （ 2）、功率 P 100w。 （ 3）、效率大于 8
14、5。 本课题的重点和难点是对电视机开关电源电路的分析 以及理解，以及运用PROTEL 99 软件画出原理图。在分析开关电源的电路时，可以把这个电路分成几个模块，对各个模块进行分析。这次所要运到的画图软件是 PROTEL 99 软件，虽然学过，但是很多细节方面我也不是很懂，这样就需要我业余时间去学习这个软件的运用。在画电路图时，可以分析电路的工作原理，以及元器件的参数选取以及这些个元器件的在此电路中的作用。对开关电源电路图的分析，主要用到的知识是模拟电子方面的知识。 所以要很好的完成此次毕业设计，需要我在业余时间多去图书馆找书籍，网上多查有关电视机方面的知识。并且在做 毕业设计过程中遇到什么问题
15、，我要及时的跟指导老师联系，把问题解决不要留到最后。 - 3 - 2 电源的种类和工作方式 2.1 线性稳压电源 2.1.1 线性稳压电源的基本框图 线性稳压电源是比较早期使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输入电压比输出电压高；反应速度快，输出纹波较小；工作时产生的噪声低；线性稳压电源的缺点是：效率较低，发热量大（尤其是大功率电源）。 线性稳压电路除了变压、整流、滤波外，稳压部分一般都有四个环节：调整环节、基准电压、比较放大器、取样电路。 调 整 元 件比 较 放 大取样电路比 较 放 大未 稳 压 的 输 入 电 压经 稳 压 后 的 输 出 电 压U 0U 1图 2-1 线
16、性稳压电路方框图 2.1.2 线性稳压电路的原理分析 - 4 - 图 2-2 线性稳压电源原理图 图 2-2 中， Q1 是调整管，它与负载 RL 串联，它的作用是：当输 出电压 V0发生变化时，其 C-E极的压降会随之发生变化，从而使得输出电压 U0 基本稳定。Q2是比较放大器， R1既是 Q2 的集电极电阻，又是 Q1 的基极上偏置电阻。稳压管 D2 和电阻 R2 提供了基准电压。 R3、 R4 和 R5组成输出取样电路。 串联反馈型稳压电路在输入电压升高或负载电流减少时，会导致输出电压V0增大。 V0 变大时，输出电压 V0经过取样电路，滑动臂上的电压使 VB2 也变大，并且与比较放大器
17、 Q2的发射极基准电压进行比较，它们的差值使 VBE2 增大。经V2放大引起 IC2 增加，并使 V1 基极对地电压 VB1 减小，导致 VBE1 减 小，使 VCE1增大（相当于串联电阻增大），从而使输出电压 V0 下降， V0 趋于稳定。 2.2 开关电源的分类和控制方式 开关型稳压电源（ switching regulator）是一种断续控制方式的稳压电源，它是靠改变调整元件的导通时间或者截止时间的长短来维持输出电压稳定的。而上面所讲的串联型稳压电路，它是一种连续调整控制方式的稳压电源；它的调整管与负载串联，调整管工作于线性状态，稳压电路的输出电压调节与稳定是通过调整管上压降的调整来实现
18、，因此串联型稳压电路具有纹波抑制比高的优点，但是调整管的集射电压 UCE 较大，使 调整管的功率损耗较大，功率调整管发热严重，电源效率较低。随着半导体技术的进步与发展，电子设备进入了集成电路时代，这使得开关电源得到飞速的发展 2。 2.2.1 开关电源的分类 （一）按储能电感与负载连接方式分类，开关电源可以分成串联型开关稳压电源和变压器耦合并联型开关稳压电源。 （ 1） 、串联型开关稳压电源 组成串联型开关稳压电源电路的主要元器件有开关三极管，整流二极管，滤波电容，续流电容，续流二极管，储能电感和负载电阻。此电路的基本工作原理是： 220V 的交流电经过整流二极管和滤波电容后取得直流电压。当开
19、关三 极管饱和导通时，直流电压通过开关三极管和电感给电容充电。 - 5 - (2)、变压器耦合并联型开关稳压电源 组成此电路的主要元器件有开关三级管，整流二极管，滤波电容，开关变压器和负载电阻。 220V 的交流电经过整流、滤波后取得直流电压。 （二）按激励方式分类，开关电源可以分为自激式开关稳压电源和他激式开关稳压电源。 (1)、自激式开关稳压电源 自激式开关稳压电源就是开关管通过间歇振荡产生激励脉冲，使开关管本身工作在截止、饱和导通的开关状态。 自激式开关稳压电源的开关管和振荡管是由一只三级管担任 ，所以电路比较简单。 （ 2）、 他激式开关稳压电源 他激式开关稳压电源的激励脉冲由单独的振
20、荡器产生开关脉冲信号，经推动管放大后控制开关管的饱和导通和截止，但是早期的他激式开关稳压电源采用分立元件组成，电路很复杂，所以在实际应用中比较少。现在的电源电路是把振荡器、脉宽调制、推动放大和保护电路制作成集成电路或厚膜电路，电路就显得比较简单了。而且简化后的这种电路具有以下的优点：输出的开关脉冲幅度比较稳定，克服了自激式开关稳压电源激励脉冲幅度不稳定的缺点，提高了工作的稳定性何可靠性。 （三）按控制方式分类，开关电源 可以分为固定频率调宽式和固定脉宽调频式。 （ 1）、 固定频率调宽式是指控制开关管的激励脉冲频率不变，通过改变脉冲宽度来调整输出电压。脉冲宽度越宽，输出电压越高。 （ 2）、 固定脉宽调频式是指控制开关管的激励脉冲宽度不变，通过改变脉冲频率来调整电压的。脉冲频率越高，输出电压就越高。 （四）按取样的方法分类，开关电源可以分为直接取样式、间接取样式和光电耦合取样式。 (1)、直接取样式是指取样电路直接对输出电压取样。直接取样的优点是：响应速度快，输出电压的变化能通过调整脉宽调整而使其达到稳定，而且稳压效果好。缺点是 ：输出地板接地点与开关电源的底板接地点连接在一起，使电视机底板带电，安全性能差。通常将这种底板带电的底线称为“热地”，这种底板带电的电视机也称为“热机芯” 3。 （ 2)、间接取样式是指在储能变压器上绕制一个取样绕组，绕组上的感应开
