大 连 民 族 大 学
电子工程师认证实验报告
实验题目：
班 级：
姓 名：
学 号： 实验日期：
线性稳压电源问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。早期出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。随着脉宽调制（PWM ）技术的发展，PWM 开关电源问世，它的特点是用20kHz 的载波进行脉冲宽度调制，电源的效率可达65%~70%，而线性电源的效率只有30％~40％。因此，用工作频率为20 kHz的PWM 开关电源替代线性电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术发展史被誉为20kHz 革命。随着超大规模集成（ultra-large-scale-integrated-ULSI ）芯片尺寸的不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备（如手提计算机、移动电话等）更需要小型化、轻量化的电源。因此，对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量也要小。此外，还要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。这一切高新要求便促进了开关电源的不断发展和进步。
一、设计目的：
电路电工等综合性学习
二、设计内容：
1.AC-DC 变换电路、DC-DC 变换电路（如时间充裕可设计一个线性的多输出电源包含正负15V 、正负12V 、正负5V ）；
2. 输出电压范围可调；
3. 系统参数计算；
4. 学会系统仿真、测量和调试
三、设计要求
1、撰写设计说明书一份（6-8页）(报告内容要包括设计思路、参数计算、仿真时每个环节的仿真实验现象的截图及其相应实验结果的分析) ；
2、仿真分析（报告中最后附有整个系统的仿真电路图）
四．设计电路
1、DC-DC 主回路拓扑的方案选择：
并联开关电路形式。并联开关电路原理与串联开关电路类似，但此电路为升压型电路，开关导通时电感储能，截止时电感能量输出。只要电感绕制合理，能达到题目要求的110V ，且输出电压Uo 呈现连续平滑的特性。
2、控制方法的方案选择：
采用集成运放芯片。响应速度快，死区时间可以调整，输出级为推挽式结构，驱动能力较强。通过深度负反馈原理构成误差放大器，电压比较器和三角波产生器。误差放大器用于为闭环控制，调整速度快。电压比较器提供PWM 信号，保证稳定输出电压。三角波产生器构成信号产生电路，给电压比较器输出恒频三角波。
3、电流工作模式的方案选择：
电流断续模式。断续模式下，电感能量释放完时，下一周期尚未到来，电容能量得不到及时补充，二极管的峰值电流非常大，对开关管和二极管的要求就非常高，二极管的损耗非常大，而且由于电流是断续的，输出电流交流成分比较大，会增加输出电容上的损耗。由于对于相同功率的输出，断续工作模式的峰值电流要高很多，而且输出直流电压的纹波也会增加，损耗大。
4、提高效率的方法：
在DC-DC 变换器中，主要消耗功率的元件有主回路的开关管、续流二极管、储能电感等部件。本设计中提高效率的措施主要有：
1）通过增加电感线径减小电感阻值；
2）采用低内阻的高效率MOSFET 作为主回路的开关元件；
3）采用高速低正相压降的肖特基二极管降低其功耗。
5、电路工作原理：
工频交流电源经过变压器降压、整流、滤波后成为一稳定的直流电。电源接上负载后，通过采样电路获得输出电压，将此输出电压和基准电压进行比较。如果输出电压小于基准电压，则将误差值经过放大电路放大后送入调节器的输入端，通过调节器调节使输出电压增加，直到和基准值相等；如果输出电压大于基准电压，则通过调节器使输出减小。集成运放uA741的2脚接电源输出端；3脚接12v 稳压电路VD5上，以110v 为基准电压；6脚接复合开关基极；4脚接地；7脚接整流器输出端；当输出端电压低于110v ，反应到uA741的反相端2脚，使uA741的6脚输出高电压，控制VT1，VT2导通，以大电流给负载及有关滤波电容，C2，C3等补充电能，很快使电压升到110v ，即uA741的2,3脚电压平衡。6脚输出低电压，VT1，VT2关闭，暂停补充电能。
五、电路仿真现象
当输入端加的交流电为138V 时，输出为47.3V 的直流电，如图1：
图1
当输入端加的交流电为220V 时，输出为110V 的直流电:，如图2：
图2
仿真总电路图
图3
六、实验总结
我们在这次实验中，付出了好多，不管实验的简单与否，都需要我们用心去完成，否则就是失败的实验。有时就是坐在那里想问题两个小时不知不觉的就过去了。在做一个实验前，我们必须学会怎样灵活运用仿真软件。因为这是一个走向成功的捷径。仿真的电路运行结果与你想要的结果相一致，那么你离成功就不远了。完成项目的最主要的也是最核心的步骤就是调试。因为实际中的电路毕竟受许多条件的影响，也会产生杂乱的信号，我们的实验结果就远离了预期的了。通过为这次实验设计，我们学到了很多。平常我们要学会积累些常用的小知识，在以后的工作中，查找问题不慌不乱，做到厚积薄发。虽然这个实验有点缺点，不算太理想。但这将是我们为以后的其他实验做了好的铺垫。
大 连 民 族 大 学
电子工程师认证实验报告
实验题目：
班 级：
姓 名：
学 号： 实验日期：
线性稳压电源问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。早期出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。随着脉宽调制（PWM ）技术的发展，PWM 开关电源问世，它的特点是用20kHz 的载波进行脉冲宽度调制，电源的效率可达65%~70%，而线性电源的效率只有30％~40％。因此，用工作频率为20 kHz的PWM 开关电源替代线性电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术发展史被誉为20kHz 革命。随着超大规模集成（ultra-large-scale-integrated-ULSI ）芯片尺寸的不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备（如手提计算机、移动电话等）更需要小型化、轻量化的电源。因此，对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量也要小。此外，还要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。这一切高新要求便促进了开关电源的不断发展和进步。
一、设计目的：
电路电工等综合性学习
二、设计内容：
1.AC-DC 变换电路、DC-DC 变换电路（如时间充裕可设计一个线性的多输出电源包含正负15V 、正负12V 、正负5V ）；
2. 输出电压范围可调；
3. 系统参数计算；
4. 学会系统仿真、测量和调试
三、设计要求
1、撰写设计说明书一份（6-8页）(报告内容要包括设计思路、参数计算、仿真时每个环节的仿真实验现象的截图及其相应实验结果的分析) ；
2、仿真分析（报告中最后附有整个系统的仿真电路图）
四．设计电路
1、DC-DC 主回路拓扑的方案选择：
并联开关电路形式。并联开关电路原理与串联开关电路类似，但此电路为升压型电路，开关导通时电感储能，截止时电感能量输出。只要电感绕制合理，能达到题目要求的110V ，且输出电压Uo 呈现连续平滑的特性。
2、控制方法的方案选择：
采用集成运放芯片。响应速度快，死区时间可以调整，输出级为推挽式结构，驱动能力较强。通过深度负反馈原理构成误差放大器，电压比较器和三角波产生器。误差放大器用于为闭环控制，调整速度快。电压比较器提供PWM 信号，保证稳定输出电压。三角波产生器构成信号产生电路，给电压比较器输出恒频三角波。
3、电流工作模式的方案选择：
电流断续模式。断续模式下，电感能量释放完时，下一周期尚未到来，电容能量得不到及时补充，二极管的峰值电流非常大，对开关管和二极管的要求就非常高，二极管的损耗非常大，而且由于电流是断续的，输出电流交流成分比较大，会增加输出电容上的损耗。由于对于相同功率的输出，断续工作模式的峰值电流要高很多，而且输出直流电压的纹波也会增加，损耗大。
4、提高效率的方法：
在DC-DC 变换器中，主要消耗功率的元件有主回路的开关管、续流二极管、储能电感等部件。本设计中提高效率的措施主要有：
1）通过增加电感线径减小电感阻值；
2）采用低内阻的高效率MOSFET 作为主回路的开关元件；
3）采用高速低正相压降的肖特基二极管降低其功耗。
5、电路工作原理：
工频交流电源经过变压器降压、整流、滤波后成为一稳定的直流电。电源接上负载后，通过采样电路获得输出电压，将此输出电压和基准电压进行比较。如果输出电压小于基准电压，则将误差值经过放大电路放大后送入调节器的输入端，通过调节器调节使输出电压增加，直到和基准值相等；如果输出电压大于基准电压，则通过调节器使输出减小。集成运放uA741的2脚接电源输出端；3脚接12v 稳压电路VD5上，以110v 为基准电压；6脚接复合开关基极；4脚接地；7脚接整流器输出端；当输出端电压低于110v ，反应到uA741的反相端2脚，使uA741的6脚输出高电压，控制VT1，VT2导通，以大电流给负载及有关滤波电容，C2，C3等补充电能，很快使电压升到110v ，即uA741的2,3脚电压平衡。6脚输出低电压，VT1，VT2关闭，暂停补充电能。
五、电路仿真现象
当输入端加的交流电为138V 时，输出为47.3V 的直流电，如图1：
图1
当输入端加的交流电为220V 时，输出为110V 的直流电:，如图2：
图2
仿真总电路图
图3
六、实验总结
我们在这次实验中，付出了好多，不管实验的简单与否，都需要我们用心去完成，否则就是失败的实验。有时就是坐在那里想问题两个小时不知不觉的就过去了。在做一个实验前，我们必须学会怎样灵活运用仿真软件。因为这是一个走向成功的捷径。仿真的电路运行结果与你想要的结果相一致，那么你离成功就不远了。完成项目的最主要的也是最核心的步骤就是调试。因为实际中的电路毕竟受许多条件的影响，也会产生杂乱的信号，我们的实验结果就远离了预期的了。通过为这次实验设计，我们学到了很多。平常我们要学会积累些常用的小知识，在以后的工作中，查找问题不慌不乱，做到厚积薄发。虽然这个实验有点缺点，不算太理想。但这将是我们为以后的其他实验做了好的铺垫。