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1、 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書(論文) 設(shè)計(論文)題目: 電子變壓器的設(shè)計 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 學(xué) 生 姓 名 學(xué)號 班級 通技06-2 專業(yè) 通信技術(shù) 設(shè)計（或論文）題目 電子變壓器的設(shè)計 指導(dǎo)教師姓名 職 稱 工作單位及所從事專業(yè) 聯(lián)系方式 備 注 助教 高級工程師 設(shè)計（論文）內(nèi)容： 1．完成電路設(shè)計方案的選擇； 2．單元電路的設(shè)計； 3．整體電路的原理分析。 進(jìn)度安排： 第1～２周：查找資料，選擇參

2、考方案； 第３～４周：確定方案； 第5～8周：查找資料，進(jìn)行單元電路的設(shè)計； 第9～12周：整體電路原理與分析； 第13～14周：整理報告，確定初稿； 第15～16周：檢查定稿； 第17～18周：答辯。 主要參考文獻(xiàn)、資料(寫清楚參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版單位)： [1]　鄭應(yīng)光．模擬電子線路技術(shù)．南京：東南大學(xué)出版社，2005 [2]　陳有卿．實用IR2161時基電路．北京：中國電力出版社，2005 [3]　陳永甫．常用半導(dǎo)體器件及模擬電路．北京：人民郵電出版社，2006 [4]　方大千，朱麗寧．電子控制裝置制作入門．北京：國防工業(yè)出版社，2006

3、 [5]　朱鴻彪．實用電子制作—電子節(jié)能開關(guān)．北京：電子制作出版社，2006 [6]　嚴(yán)飛，姜源，楊碧石．妙用電子模塊222例．北京：中國電力出版社，2006 [7]　王昊，李昕，鄭鳳翼．通用電子元器件的選用與檢測．北京：電子工業(yè)出版社，2006 審 批 意 見 教研室負(fù)責(zé)人： 年 月 日 備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 目　錄 摘　要 1 緒　論 2 第1章　總體方案設(shè)計 3 1.1　方案比較與論證 3 1.2　方案選擇 5 第2章　單元電路設(shè)

4、計 6 2.1　輸入電源整流濾波電路 6 2.2　IR2161芯片電路 7 2.2.1　IR2161芯片工作原理 7 2.2.2　的計算 8 2.2.3　芯片介紹 8 2.3　變壓電路 9 第3章　制作與調(diào)試 11 3.1　印制電路圖 11 3.2　制作調(diào)試注意事項 11 總　結(jié) 12 致　謝 13 參考文獻(xiàn) 14 附錄1　電路原理圖 15 附錄2　PCB板底圖 16 I 摘　要 我們身邊的小型電子產(chǎn)品用的變壓器大部分都是電子變壓器，如：手機(jī)的充電器、照明光源、電視機(jī)、VCD機(jī)、DVD機(jī)、電磁爐里的電源以及電腦里的電源等等。電子變壓器具有無噪音、自身耗能低

5、、電壓適應(yīng)范圍廣等許多優(yōu)點。電子變壓器的廣泛應(yīng)用得益于科技的進(jìn)步，電子元件成本的降低。在以前無論是直流變壓器還是交流變壓器，都要使用由軟磁磁芯制成的電子變壓器，所以以前的電子產(chǎn)品都非常笨重，而現(xiàn)在的家用電器都非常輕巧靈便。根據(jù)產(chǎn)品的更新速度，我借鑒前人的一些知識對電子變壓器進(jìn)行了改進(jìn)，以IR2161芯片為背景設(shè)計出一款功能齊全，成本較低的電子變壓器。 關(guān)鍵詞　變壓；節(jié)能；IR2161芯片 第14頁　共16頁 緒　論 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變壓器的運(yùn)用越來越廣泛，電子變壓器的種類和功能越來越齊全。因此，討論電源技術(shù)與電子變壓器之間的關(guān)系：主要討論電源技術(shù)對電子變壓器的要求，像所

6、有作為商品的產(chǎn)品一樣，是在具體使用條件下完成具體的功能中追求最高性價比。有時可能偏重價格和成本，有時可能偏重效率和性能。現(xiàn)在，“輕、薄、短、小”成為電子變壓器的發(fā)展方向，這幾種發(fā)展方向都是強(qiáng)調(diào)降低成本。從總的要求出發(fā)，可以對電子變壓器得出四項具體要求，即：使用條件、完成功能、提高效率、降低成本。因此，設(shè)計研制一種電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便電子變壓器顯得十分必要。為了達(dá)到以上要求，本設(shè)計采用了基于IR2161芯片電路的電子變壓器，該電子變壓器功能比較齊全。希望自己能對電子變壓器技術(shù)進(jìn)步做一點小小的貢獻(xiàn)。 第1章　總體方案設(shè)計 1.1　方案比較與論證 設(shè)計電子變壓器之前，先考慮以

7、下幾方面的因素： 第一，家用小型電器工作電壓不能直接使用220V市電，必須先經(jīng)過處理才能使用。不同的電器設(shè)備的工作電壓不同，所以需變壓器作適當(dāng)處理。 第二，我們所設(shè)計的變壓器能夠滿足用戶需求，能夠使生產(chǎn)廠家與消費(fèi)者達(dá)到雙贏的目的。 第三，制作的電路越簡單越好，并要考慮用戶安裝與使用的方便。 第四，應(yīng)考慮電路安全可靠，并且節(jié)約能源。 有鑒于此，自己在前人的基礎(chǔ)上，總結(jié)出如下兩種方案： 1.電子變壓器； 2.基于IR2161芯片的電子變壓器。 功能描述：本電路輸入端接220V的市電電壓。二極管～構(gòu)成整流橋把市電變成直流電，由振蕩變壓器，三極管、組成的高頻振蕩電路，將脈動直流變成高頻

8、電流，然后由輸出變壓器TR2對高頻高壓脈沖降壓，獲得所需的電壓和功率。為限流電阻，電阻、電容和雙向觸發(fā)二極管構(gòu)成啟動觸發(fā)電路。 通過以上分析，總結(jié)出電子變壓器的系統(tǒng)框圖如圖1-1所示。 整流濾波 高頻振蕩 變壓電路 輸出電路 圖1-1　系統(tǒng)方框圖 電子變壓器的電路原理圖如圖1-2所示。 圖1-2　電子變壓器電路原理圖 功能描述：本電路輸入端接220V的市電電壓。二極管～構(gòu)成整流把市電變成直流電，采用集成芯片IR2161，該集成芯片用于代替了上面的高頻振蕩電路。它將脈動直流變?yōu)楦哳l直流，然后由輸出變壓器對高頻脈沖降壓，從而獲得

9、所需的電壓和功率。IR2161芯片自身附帶其它的功能，比如運(yùn)用在鹵素?zé)舻淖儔浩髦校鋬?yōu)點有：不需要預(yù)熱和觸發(fā)啟動時間、無需大容量濾波電容、輸出是經(jīng)隔離的高頻低壓、安全性好。 整流濾波 IR2161電路 變壓電路 輸出電源 通過以上分析，總結(jié)出基于IR2161芯片的電子變壓器的系統(tǒng)方框圖如圖1-3所示。 圖1-3　系統(tǒng)方框圖 基于IR2161芯片的電子變壓器的原理圖如圖1-4所示。 圖1-4　電路原理圖 1.2　方案選擇 方案一的優(yōu)點：本電路做成的電子變壓器容易調(diào)節(jié)，各種元器件也比較普通，能夠變壓。但是電子產(chǎn)品的成本比較高，運(yùn)用在大型的

10、家用電器中的電源變壓比較合適。缺點：此種電源電路生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不能夠占有市場，消耗金屬材料，沒有滿足節(jié)約成本的要求。 方案二的優(yōu)點：本電路做成的電子變壓器。是基于智能半橋驅(qū)動器芯片IR2161的電子變壓器，無需飽和磁環(huán)變壓器，僅需用少量元器件，則可實現(xiàn)變壓功能。 鑒于兩個方案的比較，為了節(jié)約成本、減小實物帶來大體積，本次畢業(yè)設(shè)計選用方案二：即基于IR2161芯片的電子變壓器。 第2章　單元電路設(shè)計 2.1　輸入電源整流濾波電路 輸入電源220V的交流電壓。電流經(jīng)過的電壓為市電220V,經(jīng)過電感和電容CLF充電，然后經(jīng)過四個二極管組成的橋式整流以后得到直流電源。在輸入電源經(jīng)過整流電路以

11、后得到直流電壓，但是波動較大任然不能直接作為電源使用，還需進(jìn)行再一次濾波，將其中的交流成分濾掉。 工作原理:當(dāng)電容兩端電壓升至>時二極管、在正向電壓作用下工作.此時經(jīng)、向提供電流，一方面向電容充電。當(dāng)<時二極管又截止電容又向放電，電容周而復(fù)始的充電放電大大的減小的交流分量，達(dá)到了濾波的效果。 在選擇整流二極管時,為了保證工作點足夠穩(wěn)定,應(yīng)滿足下列條件： ≧(1.5-2)I即：A 二極管1N4007的最大整流=1A>0.066A，故～選擇1N4007型二極管。單元電路圖入2-1所示。 圖2-1　橋式整流電路 2.2　IR2161芯片電路 2.2.1　IR2161芯片工作原理

12、 在接通市電電壓后，橋式整流器通過的電流除流入IC腳上的啟動電流外，其余的大部分電流對電容充電。當(dāng)IC腳上的電壓達(dá)到啟動閾值11.8V后，IC開始工作。一旦IC啟動，由、和組成的電荷泵電路為IC腳饋送電流。自舉二極管和電容為IC高側(cè)驅(qū)動器電路供電。齊納二極管的作用為分流IC過剩電流，以防止IC損壞。IR2161提供軟件啟動操作，可以避免浪涌電流產(chǎn)生。IR2161輸出125kHz的高頻。 由于系統(tǒng)中輸出高頻變壓器初級漏感是固定的，在較高的頻率下呈現(xiàn)較高的阻抗，初級繞組上的電壓較低。致使變壓器輸出電壓較低，電流較小，同時也避免了保護(hù)電路被觸發(fā)。約經(jīng)1s的時間，電路以較低頻率運(yùn)行。在此過程中，I

13、C腳3外部電容上的電壓從0V增加到5V。當(dāng)空載時，=0V，振蕩器頻率約60kHz在最大負(fù)載下，=5V，振蕩器頻率約30kHz。當(dāng)輸出短路時，電流流過半橋，被感測。只要IC腳CS上電壓超過1V的門限電平持續(xù)50ms以上的時間，系統(tǒng)將關(guān)閉。如果負(fù)載超過最大負(fù)載的50％，IC腳4上的電壓將超過0.5V較低的門坎電壓，在經(jīng)0.5s之后，系統(tǒng)將關(guān)閉。不論是短路保護(hù)還是過載保護(hù)，都能自動復(fù)位。IR2161還提供過熱關(guān)閉功能。當(dāng)芯片結(jié)溫超過135℃的過溫度限制值時，半橋開關(guān)將停止工作，以避免MOSFET燒壞。單元電路如圖2-2所示。 圖2-2　IR2161芯片電路 2.2.2　的計算 在半橋中

14、間點上的電壓為DC總線電壓的1/2。DC總線的電壓與AC線路的電壓相同，負(fù)載上的電壓為AC線路的電壓的50％，通過的電流為負(fù)載電流的一半。由于負(fù)載呈電阻性，電流波形為正弦包跡，半橋輸出占空比為50％，在最大負(fù)載上上的峰值電壓=0.4V，通過的電流為 　　　　　　　　　(2-3) 中的峰值電流為 　　　　　　　　　　　　(2-4) 兩端的峰值電壓為 V　　　　　　　　　　　(2-5) 從式（2-3）、式（2-4）和式（2-5）得到 　　　　　　　　　　　　　　(2-6) 對于工作在()=220V交流線路電壓下的PLOAD=100W的電子變壓器，電流感測電阻值為

15、 （2-7） 2.2.3　芯片介紹 IR2161的其它特點包括：250/400的輸出驅(qū)動容量、15.6V齊納二極管鉗位、低于300μA的微功率起動和30kHz～125kHz的內(nèi)置振蕩器等。引腳排列如圖2-3示，各引腳功能如表2-1。 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC COM CSD CS VB HO VS LO 圖2-3　IR2161芯片 表2-1　IR2161的引腳功能 序 號 符 號 功 能 描 述 1 VCC 低側(cè)邏輯和驅(qū)動電路的電源電壓 2 COM

16、 集成電路的功率地端和信號地端 3 CSD 關(guān)斷時間控制和補(bǔ)償電容 4 CS 電流感應(yīng)輸入端 5 LO 低側(cè)柵驅(qū)動輸出 6 VS 高側(cè)浮動電源的返回端 7 HO 高側(cè)柵驅(qū)動輸出 8 VB 高側(cè)柵驅(qū)動浮空電源 2.3　變壓電路 初級繞組最少匝數(shù)可根據(jù)公式計算 式中：為最高峰值總線電壓，可取其為400V；最大導(dǎo)通時間，其值可選取18μs；為最大磁通密度，單位為T，其值可從制造者提供的鐵氧體材料工作在100℃時的曲線獲得；為磁芯有效截面積，單位為㎡。 計算次級需要的匝數(shù)。次級繞組匝數(shù)NS可按公式計算。 式中：VO()=12V，VAC

17、()=220V。 在設(shè)計中采用環(huán)形磁芯，初級繞組78匝，次級繞組8匝，初級與次級繞組之間利用壓塑分離器隔離。單元電路如圖2-4示。 圖2-4　變壓電路 第3章　制作與調(diào)試 3.1　印制電路圖 為了驗證本次畢業(yè)設(shè)計的準(zhǔn)確性和節(jié)能開關(guān)的實用性，在Protel99Se環(huán)境下，按照“繪制電路原理圖→電氣規(guī)則檢查→生成網(wǎng)絡(luò)表→規(guī)劃電路板→導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表→元件布局與調(diào)整→布線”等步驟設(shè)計印制電路板底圖，然后，用專門儀器或手工制作相應(yīng)印制板。最后，根據(jù)所設(shè)計的印制電路板組裝電路。注意，元件裝配過程中應(yīng)遵循“先里后外，先小后大，先輕后重”的原則。 3.2　制作調(diào)試注意事項 1.首先檢查印

18、刷電路是否設(shè)計正確，元器件位置是否安裝正確，二極管、電解電容等極性不要裝錯。 2.焊接質(zhì)量尤其重要，焊接時間較長易損壞元器件，焊點處理是否合理，有沒有焊接點短路、虛焊、多余管腳是否剪去。 3.制作過程中注意用電安全，按照正常規(guī)程進(jìn)行操作。 4.在不明確情況下，可以不通交流電，檢查各個元件工作特性；安裝正確后，再通入市電220V檢測。(以上各項測試是正常工作時的電壓變化情況，如實際制作好后不能實現(xiàn)設(shè)計的功能，按照單元電路的分析方法，逐步查找原因。 總　結(jié) 在我的畢業(yè)設(shè)計中，主要對IR2161電子變壓器進(jìn)行了簡單的設(shè)計與闡述。電子變壓器在以后的領(lǐng)域中有很好的發(fā)展，我們身邊的小型電子產(chǎn)品里

19、面用的大部分是電子變壓器 。如手機(jī)的充電器，照明光源，電視機(jī)VCD機(jī)DVD機(jī)以及電磁爐里的電源還有電腦里的電源等等，電子變壓器具有無噪音，自身耗能低，電壓適應(yīng)范圍廣等許多優(yōu)點。也使得電子變壓器在各種領(lǐng)域的運(yùn)用廣泛。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我對電子變壓器的原理﹑功能和應(yīng)用領(lǐng)域有了更深刻的認(rèn)識，對已學(xué)過的專業(yè)知識進(jìn)行了鞏固和提高，達(dá)到理論聯(lián)系實際的效果。電子領(lǐng)域正以驚人的速度發(fā)展，只有不斷地學(xué)習(xí)才能適應(yīng)社會的發(fā)展需要。我也明白了：活到老學(xué)到老才是硬道理。 致　謝 在這三個多月的畢業(yè)設(shè)計中，我真誠地感謝楊老師和同學(xué)們的幫助，在他們的幫助下我順利的完成了此次畢業(yè)設(shè)計。 首先我要衷心地感謝我的輔導(dǎo)老

20、師楊波，在本次設(shè)計過程中他始終給予了我無私的熱情和幫助。開始他細(xì)心指導(dǎo)我的選題工作，在做開題報告的過程中，又反復(fù)而耐心地給我指出問題的所在，并幫助我糾正了許多不妥之處。在做系統(tǒng)設(shè)計這一過程中，也給我提出了許多意見和建議，并交給我許多解決問題的技巧和方法。在寫畢業(yè)設(shè)計論文的過程中，我也遇到了許多的困難，之所以能堅持完成，這都離不開我的導(dǎo)師和同學(xué)們的幫助。 通過短暫的畢業(yè)設(shè)計，從而提高了我的理論水平，真正做到學(xué)有所用，雖然在其過程中我也遇到一些困難，但是從中我也得到了很多的幫助，沒有半途而廢，沒有灰心喪氣，在楊老師的嚴(yán)格指導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)問題并加以改正，這些都是一種收獲。特別感謝楊老師的幫助，他對我的

21、系統(tǒng)提出了很多改進(jìn)的意見，對我的論文中的一些不足的地方也一一地指出。沒有他的幫助，我也不可能很好的完成這次畢業(yè)設(shè)計，我再次衷心地對楊老師表示感謝。 參考文獻(xiàn) [1]　鄭應(yīng)光．模擬電子線路技術(shù)．南京．東南大學(xué)出版社，2005 [2]　陳有卿．實用IR2161時基電路．北京．中國電力出版社，2005 [3]　陳永甫．常用半導(dǎo)體器件及模擬電路．北京．人民郵電出版社，2006 [4]　方大千，朱麗寧．電子控制裝置制作入門．北京．國防工業(yè)出版社，2006 [5]　朱鴻彪．實用電子制作—電子節(jié)能開關(guān)．北京．電子制作出版社，2006 [6]　嚴(yán)飛，姜源．.楊碧石．妙用電子模塊222例．北京．中

22、國電力出版社，2006 [7]　王昊，李昕．鄭鳳翼．通用電子元器件的選用與檢測．北京．電子工業(yè)出版社，2006 附錄1　電路原理圖 第16頁　共16頁 附錄2　PCB板底圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 學(xué)生姓名 郭杰 學(xué)號 0620063 班級 通技06-2班 專業(yè) 通信技術(shù) 設(shè)計（論文）題目 電子變壓器的設(shè)計 指導(dǎo)教師 楊 波 譚望春 指導(dǎo)老師考核意見 等級： 指導(dǎo)教師： 答辯 評語 等級： 答辯老師： 總評 成績 等級： 考核小組組長： 備注 以上兩項成績綜合后，指導(dǎo)老師考核成績占總分的60%，答辯成績占總分的40%，按五級記分（優(yōu)、良、中、及格、不及格）。 畢業(yè)設(shè)計（論文）評語