课程设计报告
课程名称： 电 子 设 计 基 础 设计题目： 开 关 电 源
课程设计任务书
课程设计报告评分表（满分：30分）
一、设计任务
充电器开关电源部分设计
二、设计要求
1. 根据老师所给的电路板，绘制出开关电源部分电路图。 2. 理解电路图图的原理，并进行仿真。 3. 根据电路图，设计PCB 板。
三、设计内容
1. 设计思想
先通过观察电路板，绘制出电路图，确定各元件参数。然后查阅资料，分析电路图，了解原理。接着利用Multisim 软件仿真电路图，证实理论的正确性。最后进行PCB 板的设计。 2. 设计说明
1. 根据电路板，绘制出电路图，并注明各个元件的参数。 2. 查阅相关资料，理解电路图的原理。
3. 通过Multisim 仿真软件，对电路图进行仿真，进一步验证原理。 4. 利用Altium Desigeer 软件对电路图进行PCB 设计。 3. 系统方案或者电路结构框图
1. 电路板图片：
正面：
背面：
开关电源部分正面：
开关电源部分背面：绘制出的电路图：
220V 交流电从P1输入，一端经过C1滤波，另一端经过D2整流。R1是取样电阻。变压器右下端的副线圈是取样绕组，取样电压经过D3整流，再经过C3滤波后，形成反馈。R4，R5形成偏置，同时也可以保护三极管。当输出电压变高时，取样电压越大，当达到一定程度时，稳压管D4击穿时，三极管的基极电位降低，导致三极管断开或者推迟开关的导通。从而控制了输出电压的升高。R2与C4、R3构成振荡电路，从取样绕组中取出电压，加到开关管的基极，
以维持振荡。
4. 设计方案
Multisim 仿真原理图:
波形图：
分析：此处变压器的原副线圈之比是20:1。万用表1测得是原线圈电压，万用表2测的是副线圈电压。根据波形可知，输出的电压已经比较稳定了。
5. 电路原理总图(见附件1)
6.PCB 分层打印图（见附件2）
四、设计总结
经过将近一个礼拜的忙绿，本次课程设计基本接近尾声。通过本次比较系统的课程设计，对于一个电子产品的设计开发流程有了大概的了解。在设计的过程之中，也遇到了很多的难题，很多自己以前从来没接触过的知识。但是我没有放弃，通过自己上网查阅相关资料，询问有实验室经验的同学，最终这些难题都被一一解决了。自己所获得的收获是非常多的，对电子元件更进一步的认识，对所学的理论知识更进一步的加深实践，
对相关软件操作的充分掌握。更重要的是，通过本次的课程设计，学会了遇到困难时，自己如何去解决这个困难。这一点，相信在以后的学习工作中，我将收益不尽。
五、参考资料
来源网络：
附件：
如何看懂电路图2－－电源电路单元
前面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。一张电路图通常有几十乃至几百个元器件，它们的连线纵横交叉，形式变化多端，初学者往往不知道该从什么地方开始， 怎样才能读懂它。其实电子电路本身有很强的规律性，不管多复杂的电路，经过分析可以发现，它是由少数几个单元电路组成的。好象孩子们玩的积木，虽然只有十 来种或二三十种块块，可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。同样道理，再复杂的电路，经过分析就可发现，它也是由少数几个单元电 路组成的。因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路，再学会分析和分解电路的本领，看懂一般的电路图应该是不难的。
按单元电路的功能可以把它们分成若干类，每一类又有好多种，全部单元电路大概总有几百种。下面我们选最常用的基本单元电路来介绍。让我们从电源电路开始。
一、电源电路的功能和组成
每 个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是 用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。
电 子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把 220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高， 所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。
二、整流电路
整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。
（ 1 ）半波整流
半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电
（ 2 ）全波整流
全波整流要用两个二极管，而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈，见图 2 （ b ）。负载 R L 上得到的是脉动的全波整流电流，输出电压比半波整流电路高。
（ 3 ）全波桥式整流
用 4 个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器，见图 2 （ c ）。负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。 （ 4 ）倍压整流
用多个二极管和 电容器可以获得较高的直流电压。图 2 （ d ）是一个二倍压整流电路。当 U2 为负半周时 VD1 导通， C1 被充电， C1 上最高电压可接近 1.4U2 ；当 U2 正半周时 VD2 导通， C1 上的电压和 U2 叠加在一起对 C2 充电，使 C2 上电压接近 2.8U2 ，是 C1 上电压的 2 倍，所以叫倍压整流电路。 三、滤波电路
整流后得到的是脉动直流电，如果加上滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分，就可得到平滑的直流电。
（ 1 ）电容滤波
把电容器和负载并联，如图 3 （ a ），正半周时电容被充电，负半周时电容放电，就可使负载上得到平滑的直流电。
（ 2 ）电感滤波
把电感和负载串联起来，如图 3 （ b ），也能滤除脉动电流中的交流成分。 （ 3 ） L 、 C 滤波
用 1 个电感和 1 个电容组成的滤波电路因为象一个倒写的字母“ L ”，被称为 L 型，见图 3 （ c ）。用 1 个电感和 2 个电容的滤波电路因为象字母“ π ”，被称为 π 型，见图 3 （ d ），这是滤波效果较好的电路。 （ 4 ） RC 滤波
电感器的成本高、体积大，所以在电流不太大的电子电路中常用电阻器取代电感器而组成 RC 滤波电路。同样，它也有 L 型，见图 3 （ e ）； π 型，见图 3 （ f ）。 四、稳压电路
交流电网电压的波动和负载电流的变化都会使整流电源的输出电压和电流随之变动，因此要求较高的电子电路必须使用稳压电源。 (1 ）稳压管并联稳压电路
用一个稳压管和负载并联的电路是最简单的稳压电路，见图 4 （ a ）。图中 R 是限流电阻。这个电路的输出电流很小，它的输出电压等于稳压管的稳定电压值 V Z 。
(2 ）串联型稳压电路
有放大和负反馈作用的串联型稳压电路是最常用的稳压电路。它的电路和框图见图 4 （ b ）、（ c ）。它是从取样电路（ R3 、 R4 ）中检测出输出电压的变动，与基准电压（ V Z ）比较并经放大器（ VT2 ）放大后加到调整管（ VT1 ）上，使调整管两端的电压随着变化。如果输出电压下降，就使调整管管压降也降低，于是输出电压被提升；如果输出电压上升，就使调整管管压降也上升，于是输 出电压被压低，结果就使输出电压基本不变。在这个电路的基础上发展成很多变型电路或增加一些辅助电路，如用复合管作调整管，输出电压可调的电路，用运算放 大器作比较放大的电路，以及增加辅助电源和过流保护电路等。
（ 3 ）开关型稳压电路
近年来广泛应用的新型稳压电源是开关型稳压电源。它的调整管工作在开关状态，本身功耗很小，所以有效率高、体积小等优点，但电路比较复杂。
开关稳压电源从原理上分有很多种。它的基本原理框图见图 4 （ d ）。图中电感 L 和电容 C 是储能和滤波元件，二极管 VD 是调整管在关断状态时为 L 、 C 滤波器提供电流通路的续流二极管。开关稳压电源的开关频率都很高，一般为几～几十千赫，所以电感器的体积不很大，输出电压中的高次谐波也不多。
它的基本工作原理是 : 从取样电路（ R3 、 R4 ）中检测出取样电压经比较放大后去控制一个矩形波发生器。矩形波发生器的输出脉冲是控制调整管（ VT ）的导通和截止时间的。如果输出电压 U 0 因为电网电压或负载电流的变动而降低，就会使矩形波发生器的输出脉冲变宽，于是调整管导通时间增大，使 L 、 C 储能电路得到更多的能量，结果是使输出电压 U 0 被提升，达到了稳定输出电压的目的。
课程设计报告
课程名称： 电 子 设 计 基 础 设计题目： 开 关 电 源
课程设计任务书
课程设计报告评分表（满分：30分）
一、设计任务
充电器开关电源部分设计
二、设计要求
1. 根据老师所给的电路板，绘制出开关电源部分电路图。 2. 理解电路图图的原理，并进行仿真。 3. 根据电路图，设计PCB 板。
三、设计内容
1. 设计思想
先通过观察电路板，绘制出电路图，确定各元件参数。然后查阅资料，分析电路图，了解原理。接着利用Multisim 软件仿真电路图，证实理论的正确性。最后进行PCB 板的设计。 2. 设计说明
1. 根据电路板，绘制出电路图，并注明各个元件的参数。 2. 查阅相关资料，理解电路图的原理。
3. 通过Multisim 仿真软件，对电路图进行仿真，进一步验证原理。 4. 利用Altium Desigeer 软件对电路图进行PCB 设计。 3. 系统方案或者电路结构框图
1. 电路板图片：
正面：
背面：
开关电源部分正面：
开关电源部分背面：绘制出的电路图：
220V 交流电从P1输入，一端经过C1滤波，另一端经过D2整流。R1是取样电阻。变压器右下端的副线圈是取样绕组，取样电压经过D3整流，再经过C3滤波后，形成反馈。R4，R5形成偏置，同时也可以保护三极管。当输出电压变高时，取样电压越大，当达到一定程度时，稳压管D4击穿时，三极管的基极电位降低，导致三极管断开或者推迟开关的导通。从而控制了输出电压的升高。R2与C4、R3构成振荡电路，从取样绕组中取出电压，加到开关管的基极，
以维持振荡。
4. 设计方案
Multisim 仿真原理图:
波形图：
分析：此处变压器的原副线圈之比是20:1。万用表1测得是原线圈电压，万用表2测的是副线圈电压。根据波形可知，输出的电压已经比较稳定了。
5. 电路原理总图(见附件1)
6.PCB 分层打印图（见附件2）
四、设计总结
经过将近一个礼拜的忙绿，本次课程设计基本接近尾声。通过本次比较系统的课程设计，对于一个电子产品的设计开发流程有了大概的了解。在设计的过程之中，也遇到了很多的难题，很多自己以前从来没接触过的知识。但是我没有放弃，通过自己上网查阅相关资料，询问有实验室经验的同学，最终这些难题都被一一解决了。自己所获得的收获是非常多的，对电子元件更进一步的认识，对所学的理论知识更进一步的加深实践，
对相关软件操作的充分掌握。更重要的是，通过本次的课程设计，学会了遇到困难时，自己如何去解决这个困难。这一点，相信在以后的学习工作中，我将收益不尽。
五、参考资料
来源网络：
附件：
如何看懂电路图2－－电源电路单元
前面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。一张电路图通常有几十乃至几百个元器件，它们的连线纵横交叉，形式变化多端，初学者往往不知道该从什么地方开始， 怎样才能读懂它。其实电子电路本身有很强的规律性，不管多复杂的电路，经过分析可以发现，它是由少数几个单元电路组成的。好象孩子们玩的积木，虽然只有十 来种或二三十种块块，可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。同样道理，再复杂的电路，经过分析就可发现，它也是由少数几个单元电 路组成的。因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路，再学会分析和分解电路的本领，看懂一般的电路图应该是不难的。
按单元电路的功能可以把它们分成若干类，每一类又有好多种，全部单元电路大概总有几百种。下面我们选最常用的基本单元电路来介绍。让我们从电源电路开始。
一、电源电路的功能和组成
每 个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是 用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。
电 子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把 220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高， 所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。
二、整流电路
整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。
（ 1 ）半波整流
半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电
（ 2 ）全波整流
全波整流要用两个二极管，而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈，见图 2 （ b ）。负载 R L 上得到的是脉动的全波整流电流，输出电压比半波整流电路高。
（ 3 ）全波桥式整流
用 4 个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器，见图 2 （ c ）。负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。 （ 4 ）倍压整流
用多个二极管和 电容器可以获得较高的直流电压。图 2 （ d ）是一个二倍压整流电路。当 U2 为负半周时 VD1 导通， C1 被充电， C1 上最高电压可接近 1.4U2 ；当 U2 正半周时 VD2 导通， C1 上的电压和 U2 叠加在一起对 C2 充电，使 C2 上电压接近 2.8U2 ，是 C1 上电压的 2 倍，所以叫倍压整流电路。 三、滤波电路
整流后得到的是脉动直流电，如果加上滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分，就可得到平滑的直流电。
（ 1 ）电容滤波
把电容器和负载并联，如图 3 （ a ），正半周时电容被充电，负半周时电容放电，就可使负载上得到平滑的直流电。
（ 2 ）电感滤波
把电感和负载串联起来，如图 3 （ b ），也能滤除脉动电流中的交流成分。 （ 3 ） L 、 C 滤波
用 1 个电感和 1 个电容组成的滤波电路因为象一个倒写的字母“ L ”，被称为 L 型，见图 3 （ c ）。用 1 个电感和 2 个电容的滤波电路因为象字母“ π ”，被称为 π 型，见图 3 （ d ），这是滤波效果较好的电路。 （ 4 ） RC 滤波
电感器的成本高、体积大，所以在电流不太大的电子电路中常用电阻器取代电感器而组成 RC 滤波电路。同样，它也有 L 型，见图 3 （ e ）； π 型，见图 3 （ f ）。 四、稳压电路
交流电网电压的波动和负载电流的变化都会使整流电源的输出电压和电流随之变动，因此要求较高的电子电路必须使用稳压电源。 (1 ）稳压管并联稳压电路
用一个稳压管和负载并联的电路是最简单的稳压电路，见图 4 （ a ）。图中 R 是限流电阻。这个电路的输出电流很小，它的输出电压等于稳压管的稳定电压值 V Z 。
(2 ）串联型稳压电路
有放大和负反馈作用的串联型稳压电路是最常用的稳压电路。它的电路和框图见图 4 （ b ）、（ c ）。它是从取样电路（ R3 、 R4 ）中检测出输出电压的变动，与基准电压（ V Z ）比较并经放大器（ VT2 ）放大后加到调整管（ VT1 ）上，使调整管两端的电压随着变化。如果输出电压下降，就使调整管管压降也降低，于是输出电压被提升；如果输出电压上升，就使调整管管压降也上升，于是输 出电压被压低，结果就使输出电压基本不变。在这个电路的基础上发展成很多变型电路或增加一些辅助电路，如用复合管作调整管，输出电压可调的电路，用运算放 大器作比较放大的电路，以及增加辅助电源和过流保护电路等。
（ 3 ）开关型稳压电路
近年来广泛应用的新型稳压电源是开关型稳压电源。它的调整管工作在开关状态，本身功耗很小，所以有效率高、体积小等优点，但电路比较复杂。
开关稳压电源从原理上分有很多种。它的基本原理框图见图 4 （ d ）。图中电感 L 和电容 C 是储能和滤波元件，二极管 VD 是调整管在关断状态时为 L 、 C 滤波器提供电流通路的续流二极管。开关稳压电源的开关频率都很高，一般为几～几十千赫，所以电感器的体积不很大，输出电压中的高次谐波也不多。
它的基本工作原理是 : 从取样电路（ R3 、 R4 ）中检测出取样电压经比较放大后去控制一个矩形波发生器。矩形波发生器的输出脉冲是控制调整管（ VT ）的导通和截止时间的。如果输出电压 U 0 因为电网电压或负载电流的变动而降低，就会使矩形波发生器的输出脉冲变宽，于是调整管导通时间增大，使 L 、 C 储能电路得到更多的能量，结果是使输出电压 U 0 被提升，达到了稳定输出电压的目的。