开关电源应用POS机的电源设计

中文摘要

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

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