【风采汇】+降压型直流开关稳压电源的设计资料分享（包括PCB、电路、程序）

降压型直流开关稳压电源系统的设计资料

这是2018年的题目，获得省二，这次我和大家分享的是降压型直流开关稳压电源，这次资料全部开源，对，是全部开源。我会陆续更新把电路PCB、主要原理以及程序等全部开源。

还有需要PCB和程序以及494使用资料的小伙伴可以在下面回复邮箱我看到就会发送的

先上主要的系统图片

先上几份图

全部回复(43)

只看楼主

正序查看

倒序查看

GJGJ

LV.1

2019-09-13 00:01

GJGJ

LV.1

2019-09-13 00:14

@GJGJ

[图片][图片]

GJGJ

LV.1

2019-09-13 00:18

@GJGJ

[图片]

此题目是2018年山西省电子设计竞赛的电源组1题题目，要求设计一个额定功率15W的电源。对纹波电压有特别要求，具有过流保护。电压调整率和负载调整率以及效率要求容易实现

GJGJ

LV.1

2019-09-14 00:05

@GJGJ

当时手绘的原理图，这是主回路以及EMI

GJGJ

LV.1

2019-09-14 00:10

@GJGJ

当时手绘的原理图，这是主回路以及EMI[图片]

初步方案利用TL494主控，控制电路如图

GJGJ

LV.1

2019-09-14 00:12

@GJGJ

初步方案利用TL494主控，控制电路如图[图片]

当时利用运放做的负载识别

GJGJ

LV.1

2019-09-14 00:14

@GJGJ

当时利用运放做的负载识别[图片][图片]

BUCK电路

GJGJ

LV.1

2019-09-14 23:17

@GJGJ

BUCK电路[图片]

控制信号由集成电路外部输入，一路送至时间死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波的周期4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压，即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。

脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降为零。2个误差放大器具有从—0.3V到(vcc—2.0)的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉的到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调智器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制电路。

冰糖葫芦娃

2019-09-22 07:41

@GJGJ

TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源，振荡频率可以通过外部的一个电阻和一个电容进行调节。输出电容的脉冲其实是通过电容上的正极性锯齿波电压与另外2个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触压器的时钟信号为低电平时才会被通过，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。控制信号由集成电路外部输入，一路送至时间死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波的周期4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压，即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降为零。2个误差放大器具有从—0.3V到(vcc—2.0)的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉的到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调智器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制电路。

TL 494确实是个好玩意

薄浩楠

LV.5

2019-09-27 14:44

哈哈，可以呀

GJGJ

LV.1

2019-09-27 23:54

@冰糖葫芦娃

TL494确实是个好玩意

494玩法好多，有些还没玩过呢

GJGJ

LV.1

2019-09-28 00:15

@薄浩楠

哈哈，可以呀

恒压输出与负载识别功能的切换即恒压和恒流模式的切换，可以采用数控方法和OP07双运放放大电路。

通过两个OP07组成双运放电路，第一个OP07运放通过调整电压放大倍数让负载阻值以输出电压形式体现，第二个OP07运放调整输出电压方向，再将电压反馈至TL494的2脚，从而实现负载识别功能。该方案具有很好的稳定性，并且硬件电路不复杂。为了实现切换功能，我们选择按键开关进行手动切换，简单实用。通过比较，我们选择此方案。如图所示。

GJGJ

LV.1

2019-09-28 00:24

@GJGJ

[图片]恒压输出与负载识别功能的切换即恒压和恒流模式的切换，可以采用数控方法和OP07双运放放大电路。通过两个OP07组成双运放电路，第一个OP07运放通过调整电压放大倍数让负载阻值以输出电压形式体现，第二个OP07运放调整输出电压方向，再将电压反馈至TL494的2脚，从而实现负载识别功能。该方案具有很好的稳定性，并且硬件电路不复杂。为了实现切换功能，我们选择按键开关进行手动切换，简单实用。通过比较，我们选择此方案。如图所示。

电阻分压检测电路。经过在输出回路中串连采样电阻，将经过电阻的电流转换成两端的电压，经过检测电压值从而获得电流值。

使用电阻采样法，电阻与电位器串联，获得中间电压返回给单片机，实现采集电压。

的电流转换成两端的电压，经过检测电压值从而获得电流值。

GJGJ

LV.1

2019-09-28 00:37

@GJGJ

电阻分压检测电路。经过在输出回路中串连采样电阻，将经过电阻的电流转换成两端的电压，经过检测电压值从而获得电流值。使用电阻采样法，电阻与电位器串联，获得中间电压返回给单片机，实现采集电压。的电流转换成两端的电压，经过检测电压值从而获得电流值。[图片]

过流保护采用TL494内部实现过流保护需要在电路中加采样电阻。利用采样电阻的分压进入芯片内部，实现过流保护。同时该芯片有多种过流保护模式，该方案电路非常简单，但是在3.2A情况下，要实现过流保护，需要加大采样电阻，这会降低整个系统的效率。或者可以采用运放放大电压在进行控制。

这对运放线性要求较高。采样电路如图

GJGJ

LV.1

2019-09-30 00:30

@GJGJ

过流保护采用TL494内部实现过流保护需要在电路中加采样电阻。利用采样电阻的分压进入芯片内部，实现过流保护。同时该芯片有多种过流保护模式，该方案电路非常简单，但是在3.2A情况下，要实现过流保护，需要加大采样电阻，这会降低整个系统的效率。或者可以采用运放放大电压在进行控制。这对运放线性要求较高。采样电路如图[图片]

降低纹波

首先，在输入端串联一个磁珠，以滤除电源与系统之间的杂波，在输出端接入两个2000uF的电解电容和三个470uF的钽电容，用来滤除低频信号，再接入一个104独石电容滤除高频信号实现降低纹波

降低纹波的方法

（1）加大输出滤波的电容、电感参数；

（2）提高开关电源工作频率，增加L值或提高开关频率减小电感内电流波动；

（3）也可采用EMI滤波电路，即由串联电抗器和并联电容器组成低通滤波电路.

GJGJ

LV.1

2019-10-07 23:25

@GJGJ

降低纹波首先，在输入端串联一个磁珠，以滤除电源与系统之间的杂波，在输出端接入两个2000uF的电解电容和三个470uF的钽电容，用来滤除低频信号，再接入一个104独石电容滤除高频信号实现降低纹波降低纹波的方法（1）加大输出滤波的电容、电感参数；（2）提高开关电源工作频率，增加L值或提高开关频率减小电感内电流波动；（3）也可采用EMI滤波电路，即由串联电抗器和并联电容器组成低通滤波电路.

驱动电路由IR2104半桥驱动芯片驱动BUCK型同步整流电路实现系统降压的操作

该芯片采用被动式泵荷升压原理。上电时，电源流过快恢复二极管D向电容C充电，C上的端电压很快升至接近Vcc，这时如果下管导通，C负级被拉低，形成充电回路，会很快充电至接近Vcc，当PWM波形翻转时，芯片输出反向电平，下管截止，上管导通，C负极电位被抬高到接近电源电压，水涨船高，C正极电位这时已超过Vcc电源电压。因有D的存在，该电压不会向电源倒流，C此时开始向芯片内部的高压侧悬浮驱动电路供电，C上的端电压被充至高于电源高压的Vcc，只要上下管一直轮流导通和截止，C就会不断向高压侧悬浮驱动电路供电，使上管打开的时候，高压侧悬浮驱动电路电压一直大于上管的S极。采用该芯片降低了整体电路的设计难道，只要电容C选择恰当，该电路运行稳定。

BUCK型同步整流电路如下

2104自举电路如图

GJGJ

LV.1

2019-10-07 23:41

@GJGJ

驱动电路由IR2104半桥驱动芯片驱动BUCK型同步整流电路实现系统降压的操作该芯片采用被动式泵荷升压原理。上电时，电源流过快恢复二极管D向电容C充电，C上的端电压很快升至接近Vcc，这时如果下管导通，C负级被拉低，形成充电回路，会很快充电至接近Vcc，当PWM波形翻转时，芯片输出反向电平，下管截止，上管导通，C负极电位被抬高到接近电源电压，水涨船高，C正极电位这时已超过Vcc电源电压。因有D的存在，该电压不会向电源倒流，C此时开始向芯片内部的高压侧悬浮驱动电路供电，C上的端电压被充至高于电源高压的Vcc，只要上下管一直轮流导通和截止，C就会不断向高压侧悬浮驱动电路供电，使上管打开的时候，高压侧悬浮驱动电路电压一直大于上管的S极。采用该芯片降低了整体电路的设计难道，只要电容C选择恰当，该电路运行稳定。BUCK型同步整流电路如下[图片]2104自举电路如图[图片]

经过对tl494电路的推敲，利用洞洞板搭建系统电路如下

该电路只能实现对系统稳压降压以及带载功能

过流和负载识别尚没使用

GJGJ

LV.1

2019-10-07 23:48

@GJGJ

经过对tl494电路的推敲，利用洞洞板搭建系统电路如下[图片]该电路只能实现对系统稳压降压以及带载功能过流和负载识别尚没使用

在初代系统的设计基础上加入了由358硬件实现的过流保护功能，过流在基本在3.2A左右.由于采样电阻的加入导致负载调整率的严重下跌，（电压调整率不带载不受影响），接下来要解决采样电阻和负载调整的矛盾，以及负载识别功能

GJGJ

LV.1

2019-10-07 23:57

@GJGJ

[图片]在初代系统的设计基础上加入了由358硬件实现的过流保护功能，过流在基本在3.2A左右.由于采样电阻的加入导致负载调整率的严重下跌，（电压调整率不带载不受影响），接下来要解决采样电阻和负载调整的矛盾，以及负载识别功能

这个是具备完整功能的电路系统，在以前基础上将494主控芯片独立焊接防止受到主回路浪涌的影响

电压调整0.3%

负载调整5.5%

效率80%

纹波未测

虽然可以实现过流，负载识别等功能但是负载调整效率纹波都未达要求

GJGJ

LV.1

2019-10-08 00:00

@GJGJ

[图片]这个是具备完整功能的电路系统，在以前基础上将494主控芯片独立焊接防止受到主回路浪涌的影响电压调整0.3%负载调整5.5%效率80%纹波未测虽然可以实现过流，负载识别等功能但是负载调整效率纹波都未达要求

这个是在输出端采用Π型滤波大大降低了纹波，但是由于滤波使得公共端地的不稳定造成电路有时的故障不能工作

一开始以为是基准电压的浮动就用另一片494的基准作为控制端2脚的基准电压。滤波电路带来的损耗也比较大

GJGJ

LV.1

2019-10-10 00:27

@GJGJ

[图片]这个是在输出端采用Π型滤波大大降低了纹波，但是由于滤波使得公共端地的不稳定造成电路有时的故障不能工作一开始以为是基准电压的浮动就用另一片494的基准作为控制端2脚的基准电压。滤波电路带来的损耗也比较大

在经过一系列调试测试参数，发现利用494做的纯硬件的稳压电源可以实现过流保护功能、负载识别功能。

并且再通过滤波电路的调整会得到一个满足的纹波值

但是这种电路效率最高只能达到75%，离要求还有很多距离而且负载调整率严重不行

重量也严重超标

因此，我们组决定换用覆铜板，利用频率和电路PCB布局走线来降低纹波，

GJGJ

LV.1

2019-10-12 00:23

@GJGJ

这个是当时以494主控做的最完美的稳压系统，重量也是最轻的

上部分是控制电路，下部分是主回路

GJGJ

LV.1

2019-10-12 00:28

@GJGJ

[图片]这个是当时以494主控做的最完美的稳压系统，重量也是最轻的上部分是控制电路，下部分是主回路

在用TL494主控调试中发现，494虽然设计利用起来简便，但在需要高频环境下以及高效率低纹波都满足不了设计要求。

而且负载调整的采样电阻分压补偿，硬件做起来难度大精度不高，过流精度也稍微低一点。

因此对电路主控进行重新选择，用stc12单片机作为系统主控通过软件实现过流精度以及负载调整的采样电阻分压补偿，

stc12单片机可以提供50khz的工作频率进一步降低纹波电压。

经过AD的洗礼和绘制第一代电路覆铜板的照片如下

GJGJ

LV.1

2019-10-31 00:06

@GJGJ

在用TL494主控调试中发现，494虽然设计利用起来简便，但在需要高频环境下以及高效率低纹波都满足不了设计要求。而且负载调整的采样电阻分压补偿，硬件做起来难度大精度不高，过流精度也稍微低一点。因此对电路主控进行重新选择，用stc12单片机作为系统主控通过软件实现过流精度以及负载调整的采样电阻分压补偿，stc12单片机可以提供50khz的工作频率进一步降低纹波电压。[图片][图片][图片][图片]经过AD的洗礼和绘制第一代电路覆铜板的照片如下

当时第一次绘制PCB，没怎么绘好，缺陷稍多请大家多多包涵