开关电源的应用——POS机的电源设计[毕业论文+开题报告+翻译]

机电毕业论文：开关电源的应用——POS机的电源设计含开题报告+论文+外文翻译+文献综述

摘要

本文主要是通过分析并设计一款用于POS机的高效率、低功耗的开关电源适配器来介绍开关电源的优点，让更多人了解开关电源为什么能够逐渐取代线性稳压电源而得到广泛应用。该电源电路采用脉宽调制型（PWM）、电流控制模式、单端反激式工作原理，设计电路中还考虑了各种保护电路。该电源有效输入电压范围为100V～240V，输出电压为6.8V,误差范围在2％内，输出功率为34W,效率高达75％以上，是一款高效率、低成本、微型化的小功率开关电源。

在开关电源轻型化、高效化的发展历程中，集成电路技术起了决定性的作用。近20年来，集成开关电源是沿着两个方向不断发展的：一个方向是，对开关电源的核心单元——控制电路的集成；另一个方面是，对中、小功率开关电源实现单片集成化，单片开关电源实际上是一种AC/DC电源变换器。

在介绍具体的设计电路之前，本文先简单介绍了开关电源的发展历史及其工作原理，并与传统的线性稳压电源进行了比较。其次详细地对比介绍了不同的拓扑结构、调制方法、控制方式的不同特点。然后第3章详细介绍整个电路的设计思路、电路结构选择、器件选择、参数计算等一系列工作。限于篇幅，对一些辅助的电路，包括各种保护电路，如：过流、过压保护，欠压锁定电路，EMI滤波电路,补偿网络等等只做了简单的介绍。

本文除了完成原理分析和理论设计外，还得到了由本电源电路图（附录1）加工而成的实物电源，并对实物电路进行测试，分析和总结。在经过调试过程中的对电路结构的进一步修改后，电路的各项指标均达到或优于预定指标（各项指标值已附于文章最后），验证了作者的理论设计，实现了设计目标，是一次理论结合实践的大胆尝试。

关键词：开关电源,脉宽调制,电流控制模式,反激变换器,高效率

Abstract

By analyzing and designing a high-efficiency low-power switching power supply used for the POS machine, this paper wants to tell us all about the advantages of the switching power supply, making more and more people to know why the switching power supply is going to replace the linear regulator gradually and becomes more and more popular in the power conversion arena today. The principle of this circuit is a current model control PWM flyback converter, and some protection circuits are also designed in this switching power supply. This circuit has a wide input voltage range of 100Vac to 240Vac to generate a output of 6.8Vdc,34W with error less than 2% and efficiency more than 75%, is a small-scale switching power supply of high-efficiency and low-cost.

In the development of small-scale、high-efficient switching power supply, the technology of integrated circuit take a decisive role. Over the past 20 years, the integrated switching power supply is developing in two directions: the first is the integration of the core component--control circuit; the second is integration of the small and medium scale switching power supply in a integrated circuit. In fact, the single-chip switching power supply is a AC/DC power convertor.

Before introducing the factual circuit, the author first introduces the development history and basic principle of the switching power supply in contrast to the linear regulator. The different operating principles of different circuit topologies、modulation mode and control model have been particularly analyzed after it. And then a series of tasks, such as design theory、topologies selection、components selection and parameter calculation have been expounded in chapter3. Limited by the paper and time, some assistant circuits are simply introduced, for example, over current、voltage protection circuit,under voltage locked circuit,EMI filter,compensation network and so on.

Besides the principle analysis and theoretic design,the author obtains the real switching power supply processed according to the theoretic design circuit chart in the appendix1, then the author tests the power supply and analyzes the test result. Because of the improvements of the real circuit during the test, the test result indicates that each target of the real power supply has achieved or better than the expectation(the test results enclosed in the end of the paper), verifies the theoretic design and achieves the design task. The whole progress is an energetic attempt of theory combined with practice.

Key words:  Switching power supply, PWM, Current control model, High-efficiency

目录

第一章　绪论        1

1.1　开关电源的发展及方向        1

1.1.1　线性稳压电源        1

1.1.2　开关电源        2

1.2　线性稳压电源与开关电源比较        2

1.3　开关电源的分类        3

1.4　开关电源的优越性        3

1.5　单片开关电源的发展        4

第二章　开关电源的电路原理与设计        6

2.1　开关电源的电路拓扑结构        6

2.1.1　电感、电容、二极管型        6

2.1.2　变压器耦合式直流变换电路        7

2.2　开关电源调制方法        10

2.2.1  PWM(Pulse width Modulation)调制方法        11

2.2.2　PFM(Pulse Frequency Modulation)调制方法        11

2.2.3　PSM(Pulse Skip Modulation)调制方法        12

2.2.4　三种不同调制方法比较        13

2.3　开关电源控制方式        13

2.3.1　电压控制方式        13

2.3.2　电流控制方式        14

第三章　POS机的开源设计        16

3.1　概述        16

3.2　输入电路设计        16

3.2.1　冲击电流抑制电路设计        16

3.2.2　输入滤波电路设计        17

3.2.3　输入整流电路的设计        18

3.3　变换电路设计        19

3.3.1　变压器设计        20

3.3.2　辅助电源的设计        23

3.3.3  开关管的选择        23

3.4　控制电路的设计        26

3.4.1　UC3842构成的电流控制型脉宽调制电路        26

3.4.2　由TL431构成的输出电压检测电路        29

3.5 输出电路设计        31

3.5.1  电路结构设计        32

3.5.2  参数计算        32

3.6保护电路的设计        32

第四章　整机电路解析        34

4.1 整机电路结构解析        34

4.1.1 输入电路解析        34

4.1.2  变换电路解析        34

4.1.3  脉宽调制电路解析        35

4.1.4  输出电压检测电路解析        35

4.1.5　输出电路解析        35

4.1.6　过压保护电路解析        36

4.2　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

5.1　整机电路测试        37

5.1.1　输出负载不变，输入电压变化时        37

5.1.2　输入电压不变，输出负载变化时        41

5.2　测试结果分析        43

5.3　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（6.8V，34W）        48

附录2　性能测试表        49

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 。

1.1　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 。

1.1.1　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1-1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

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