开关电源设计报告Word下载.docx

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2.L4978芯片的特性及工作原理

2.1L4978芯片介绍

L4978是意－法半导体生产的单片开关式稳压器，它采用8脚双列直插式DIP-8封装，外形与常见的运放4558一样，它的最大输出电流可达2A，最大输出功率400W，输入电压围8-55V，输出电压调节围3.3-50V，部集成了3.3V基准电压源、锯齿波信号及时钟信号振荡器、误差放大器、脉宽调制器、功率输出级和各种保护电路，在芯片部集成了一只N沟道DMOS功率开关管，其开关速度极快，可在高频下工作。

L4978的引脚排列图如下图

2.2L4978芯片特性

单片开关式集成DC/DC电源变压器L4978是一种新型高效节能稳压电源，它部集成了3.3V准基电压源、锯齿波信号及时钟信号振荡器、误差放大器、脉冲调制器、功率输出级和各种保护电路。

L4978芯片输入电压的允许围宽，消耗低。

此芯片还集成了高速DMOS

功率开关管、专门驱动开关管以及软启动、禁用等功能，提高了电源的效率和系统平安性。

2.3L4978工作原理

芯片4脚输出电压UO,经外接取样电阻R3、R4分压后（见图3）,反应至8脚的误差放大器反相端,与加在同相端的3.3V基准电压相比拟,得到误差电压Ur,由Ur的幅度控制PWM比拟器输出的脉冲宽度UPWM,最后由功率放大器和降压电路,输出稳定直流电压。

3.L4978开关电源电路

图3L4978开关电源原理图

电路原理如下：

C1为输入滤波电容，C2为高频滤波电容，R1、C3是振荡电阻与振荡电容，C4为软启动电容，R2和C5构成误差放大器的频率补偿网络，C6是自举电容，VD为续流二极管，采用SB560的肖特基二极管。

电感L为储能元件，可选用直径为22mm的高频磁环，用外径为10mm的高强度漆包线沿磁环的圆周方向均匀绕40T左右。

电路工作时，功率脉冲调制信号从IC的14脚输出，在信号的正半周时，向负载供电，同时将电能储存在L和C7中，此时VD截止。

在功率脉冲调制信号的负半周，VD导通，储存在L中的电能就经过VD所构成的电路继续向负载供电，维持输出电压不变。

芯片4脚输出电压U0，经外接取样电阻R3、R4分压后，反应至8脚的误差放大器反相端，与加在同端的3.3V基准电压相比拟，得到误差电压Ut，由Ut的幅度控制PWM比拟器输出的脉冲宽度UPWM,最后由功率放大器和降压电路输出稳定直流电压。

电阻R1和电容C3决定了系统的工作频率，L4978最高允许频率为500Hz。

电阻R3和R4构成电压反应回路，分压比决定输出电压的上下。

R4的阻值为4.7K,调整R3的阻值，可改变输出电压。

输出电压与R3阻值关系见下表

V0/V

R3/K

R4/K

3.3

4.7

5.1

2.7

12

15

16

18

20

24

30

4.L4978开关电源电路设计

4.1整体分析

步骤①分析任务，准备资料。

包括原理图分析，元器件资料准备，明确设计要求，例如散热要求、机械防护要求、电磁兼容性要求、电路板尺寸要求、特殊加工要求等；

②建立工程文件夹，明确保存路径；

③准备元器件。

④制作原理图。

根据工程规模划分单元，确认是否需要制作层次原理图及其层次划分；

4.2元器件清单

元器件序号

参数值

元器件封装

R1

20K

AXIAL-0.4

R2、R3

9.1K

R4

4.7K

C1、C7

220uF/63V

C2

0.22uF

RB5-10.5

C3

2.7nF

RAD-0.2

C4、C6

100nF

C5

22nF

JP1

Vin

JP2

Vout

D1

SB560

DIODE-0.7

L1

126mH

U1

L4978

DIP-8

4.3各元器件功能

R3和R4：

取样电阻，电路输出电压U0由R3和R4的分压比决定。

C6：

滤波电容，用来滤除交流成分。

使输出的直流更平滑。

R1和C3：

决定开关频率，其计算公式为:

L1：

电感，用来存储能量,储能电感L与所设计的UI、UO、f及纹波电流值IL,有关其计算公式为:

5.电路图分析

5.1电路图布局

元器件布局时，电流主回路〔C1、U1、D1、L1、C7〕及控制回路（R1、R2、R3、R4、C3、C4、C5、U1）主次应清楚，且满足；

布线，电流流向简洁流畅；

控制回路要求从输出端单点接地；

R2、C3振荡回路及R2、C5补偿回路尽量靠近U1〔L4978〕相应引脚。

5.2布线导线要求

由于这是一个开关电源电路，最高频率可达500kHz，为防止电磁干扰，L4978集成电路及其周围辅助元器件，要求单点接地；

根据原理图将相应的元件摆放在L4978相应的位置，这样可以减少导线的长度，从而减少电路的损耗；

地线的宽度为30mil适宜，输入输出线宽为23mil适宜，其他的线宽为20mil；

同时采用实心铜敷铜，这样不仅美观，而且增加的电路的抗干扰的能力。

5.3信号流向

5.4输入信号和输出信号数据分析

电路输出电压U0ut由取样电阻R3和R4的分压比决定，设输出电压为U0ut，取样反应电压为UFB，那么有关系式：

，那么有v。

由式子可知，调节R4或R3就可以改变输出电压。

5.5输出电压围

经过屡次的调整和测试的数据得出〔如表1〕，我们选择输入电压为30V时，该电源的输出电压大小主要取决于8脚的电压和R3、R4的阻值有关，并且现选定R4为47K，R3为100K，通过〔1〕的计算可以得出输出电压为10.3V，实际测量电压为10.4V，由于电路和测量仪器存在一定的误差；

并且通过多组数据的测量和计算，符合误差的围。

表1，测量数据记录表〔R4=47K〕

R3〔K〕

2.2

10

22

47

100

Uout〔V〕

3.45

3.63

4

4.84

6.6

10.33

6.总结

根据基于L4978的开关电源电路的设计和元器件的选用,电路实现了小体积、多功能、高效率、低功耗、调节方便、应用灵活等特点。

实验测试说明:

该电路输入电压可在8~55V变化,输出电流可达3A,最大输出功率80W,输出纹波34mV,电源效率可达92%。

这种电路不仅用于仪器仪表及测试系统的电源,还可作为3.3V供电的笔记本电脑的开关电源使用。