(ACDC)直流12V开关稳压电源 - 图文

××××××大学毕业设计

直流12V开关稳压电源设计

The Design of DC 12V Switching Power

Supply

**** 届 ×××× 系 专 业 ××××××××× 学 号 ******** 学生姓名 ××× 指导教师 ×××

完成日期 ****年*月**日

毕业设计成绩单

学生姓名 学号 班级 专业 毕业设计题目 直流12V开关稳压电源设计 指导教师姓名 指导教师职称 高级工程师 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人 答辩小组组长 成绩： 得分 得分 院长(主任) 签字： 年 月 日

毕业设计任务书

题 目 学生姓名 学号 直流12V开关稳压电源设计 班级 导师 姓名 专业 导师职称 高级工程师 承担指导任务单位 一、主要内容 利用TOP255PN设计并制作一个的稳压电源，让学生学习、实践开关电源的设计过程，体会与模拟电源的区别。 二、基本要求 1．设计说明书 不少于1.5万字 2．图纸 电路图 3．硬件成果 制作实物模型 4．外文翻译 不少于3000汉字 三、主要技术指标 输入电源电压：AC 85～265 V（全球通用标准）， 输出范围：DC12/1.25A， 电源纹波（Vp-p）200mV， 电源上至少有1个指示灯，用作电源指示。 四、应收集的资料和参考文献： 1．protel99se的使用练习； 2．沙占友翻译的《新型单片开关电源设计与应用技术-世纪新版》的P19～P25（基础知识）、P149～P149（电源布局）； 3．TOP258．PDF、DI-188参考设计、AN16.PDF。 五、进度计划 第1 周—第2 周 开题，收集资料制定方案，完成开题报告 第2 周—第3 周 分析、确定方案 第3 周—第11 周 系统设计、调试，完成设计说明书 第11 周—第 15周 定稿 第16 周 答辩 教研室主任签字 时 间

年 月 日

毕业设计开题报告

题 目 学生姓名 学号 直流12V开关稳压电源设计 班级 专业 一、课题的研究背景及国内研究现状 电源技术是一门结合了微电子学、电机学、控制理论等多种学科的交叉性边沿学科，它利用功率半导体器件对电网功率、电流、电压、频率、相位进行精确控制和处理（变压、整流、滤波、稳压电路等），使得电力电子装置小型化、高频化、智能化，效率和性能得以大幅度提高。 电源技术属于电力电子技术，它运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，可以满足各种对参数的要求。这些变换包括交流到直流（AC-DC，即整流），直流到交流（DC-AC，即逆变），交流到交流（AC-AC，即变压），直流到直流（DC-DC）。广义地说，利用半导体功率器件作为开关，将一种电源形式转变为另一种电源形式的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源（SwitchingPower Supply）。由于其高效节能可带来巨大经济效益，因而引起社会各方面的重视而得到迅速推广。 二、研究的主要内容和要求 1．研究内容 （1）电路原理图：设计主电路设计；控制电路和保护电路；计算主电路电力电子器件参数；绘制主电路、控制电路和保护电路电路图；绘制完整电路图 （2）PCB布局：高压部件的安全距离计算、顶层/底层排布排线 （3）变压器规格：电压降落线圈计算、反馈线圈计算、高压侧绝缘强度、封装原理 （4）合作焊接出实物 （5）功能测量，测试输出电压电流是否满足要求 2．要求 设计并制作一个AC/DC 稳压电源 输入电源电压：AC 85～265 V（全球通用标准） 输出范围：DC12/1.25A 电源纹波（Vp-p）200mV 电源上至少有1个指示灯，用作电源指示。 三、主要工作 我主要负责的工作是根据设计要求和电路原理图，利用Protel 99 se绘制出PCB版图。并最后共同完成实物组合连接。 Protel 99 se是电路及印制电路板的一款比较杰出的软件，在我国流行最早，应用面最宽。Protel 99 se较以前的版本功能更强大，它是桌面环境下以设计管理和协作技术为核心的一个优秀的印制电路板设计系统。Protel 99 se软件包括以下几个模块：原理图设计软件Protel Advanced Schimatic 99 SE、用于电路板设计软件Protel Advanced PCB 99SE、用于PCB自动布线的Protel Advanced Route 99 SE、用于可编程逻辑器件设计的Protel Advanced PLD 99 SE、用于电路仿真的Advanced SIM99和信号完整性分析的Advanced Integrity 99。 元件库可以用peotel自带的元件库，但一般情况下很难找到合适的，最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。原则上先做PCB的元件库，再做SCH的元件库。PCB的元件求较高，它直接影响板子的安装；SCH的元件库要求相对比较松，只要注意定义好管脚属

性库要和与PCB元件的对应关系就行。注意标准库中的隐藏管脚，之后就是原理图的设计，做好后就准备开始做PCB设计了。 PCB板的布局，主要有以下两点： （1）线路要有合理的走向：如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低压等，它们的走向应该是呈线形的（或分离），不得相互交融，其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线，但一般不易实现，最不利的走向是环形，所幸的是可以设隔离带来改善。对于本设计，由于电压比较低，所以要求不是很高。 （2）合理布置电源滤波/退耦电容：在原理图中仅画出电源滤波/退耦电容，但未指出它们各自应布置于何处。其实本设计的电容等元件是为开关器件或其它需要滤波的部件而设置的，布置这些电容等元件应尽量靠近这些元部件，离得太远就没有作用了。 PCB板的布线： 在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、 双面布线及多层布线。 四、预期结果 采用了Power Integrations的TOPSwitch-HX系列中的TOP255PN器件设计并制作出输入电源电压：AC 85～265 V（全球通用标准），输出范围：DC12/1.25A的实物，它可以在85VAC至265VAC的输入电压范围内，提供额定电压12V、额定电流1.25A的电源。实现的主要技术指标：电源纹波（Vp-p）200mV。并满足其他要求：电源上至少有1个指示灯，用作电源指示。 指导教师签字 时 间

年 月 日

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年代初期，到60年代中期进入实用阶段。70年代初期开始设计、研究和生产无功频变压器的开关电源。1974年研究成功了我国第一台工作频率为10KHZ、输出直流电压为5V的无工频降压变压器的开关电源。由于我国半导体技术与工艺跟不上时代发展，导致我们自己研制和生产的无工频变压器开关电源关键器件，如开关晶闸管、高频开关变压器磁性材料都是国外的。虽然这些年取得了进步但和发达国家相比我们的技术还很落后。

开关电源已有几十年的发展历史。早期产品的开关频率很低，成本昂贵，仅用于卫星电源等少数领域。20世纪60年代出现过晶闸管（旧称可控硅）相位控制式开关电源，70年代由分立元件制成的各种开关电源，均因效率不够高、开关频率低、电路复杂、调试困难而难于推广，使之应用受到限制。70年代后期以来，随着集成电路设计与制造技术的进步，各种开关电源专用芯片大胆问世，这种新型节能电源才重获发展。近年来随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源正朝着小型化、高频化、继续化的方向发展，高效率的开关电源已经得到越来越广泛的应用。单端反激式变换器具有电路简单、体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、可以高效提供直流输出等很多优点。开关电源又被称为高效能节能电源,内部电路工作在高频开关状态,自身消耗的能量很低,一般电源效率可达80%左右,比普通线性稳压电源提高一倍.因此，被广泛应用到设计小功率的开关电源中。

开关电源产品的技术发展趋势是高可靠、高稳定、低噪声、抗干扰和实现模块化。未来的发展方向：

（1）小型、薄型、轻运化

由于电源轻、小、薄的关键是高频化，因此国外目前都在致力于同步开发新型高智能元器件，特别是改善二次整流管的损耗、变压器电容器小型化，并同时采用SMT技术在电路板两面布置元件，以确保开关电源的轻、小、薄。

（2）高效率、低噪声

为了使开关电源轻、小、薄，高频化是必然发展趋势。而高频化又必然使传统的PWM开关功耗加大，效率降低，噪声提高，达不到高频、高效的预期效益。因此，开关电源的设计者并不盲目追求高频化，而是在噪声和开关工作频率之问做适当的折中，或寻求其它途径追求高效率并解决开关电源的噪声问题。美国WICOR开关电源公司设计制造了多种AC/DC变换器，其最大输出功率有800W、600W、300W等，效率为80%~90%，R本NemicLambda公司推出一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，开关频率为200～300KHz，用同步整流器使整个电路效率提高到90%。

（3）高可靠性

开关电源比连续工作电源使用的元器件数目多数十倍，因此降低了可靠性。从寿

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命角度出发，电解电容、光耦合器等器件的寿命决定着电源的寿命。追求寿命的延长要从设计方面着眼，而不是从使用方面着想。美国一公司通过降低温度、减少器件的电应力、降低运行电流等措施，使其开关电源系列产品的可靠性大大提高，产品的MTBF高达100万小时以上。

（4）抗电磁干扰（EMll）

当开关电源在高频下开关时，其噪声通过电源线产生对其它电子设备的干扰，抗EMI的开关电源研制日益重要。

（5）电源系统的管理和控制

应用微处理器或微机集中控制与管理，可以及时反映开关电源环境的各种变化，微处理单元实现智能控制，可自动诊断故障，减少维护工作量，确保正常运行。AC/DC脉宽调制开关电源控制芯片设计。

（6）计算机辅助（CAD）

利用计算机对开关电源系统、稳定性分析、电路仿真、设计印刷电路板、热传导分析、EMI分析以及可靠性等进行CAD设计和模拟试验，十分有效，是最为快速经济的设计方法。

（7）产品种类多、更新快、功能全

目前的开关电源产品要求输入电压通用，适用中国及全世界电网电压规格；输出电压范围扩大，如计算机和工作站需要增加3.3V电压、程控需要增加直流150V电压，并具有过压保护等功能。

1.3 课题的研究内容简介

本课题的内容：通过学习各种开关电源的设计思路，结合所学习的开关电源的相关理论知识，设计一个AC/DC稳压电源。

（1）设计并制作电路原理图。

（2）通过计算确定所需要器件的大小、规格，列出元器件的规格清单

（3）用Protel 99 se制作出PCB电路图，完成PCB布局（高压部件的安全距离计算、顶层/底层的排线），做出PCB电路板。

（4）我负责的部分是该设计的PCB电路图的制作及与同组人员完成实物的焊接。 （5）检测该单片开关稳压电源的输出电压以及电流是否满足要求。 围绕单片开关电源，涉及到以下几方面的知识：

TOP系列集成芯片知识、TOP255的原理和应用、高频变压器知识、整流滤波知识、Protel 99 se软件的使用。

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第2章 开关电源原理及设计方案

2.1 开关电源

开关电源是通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。由于其性能优越，上世纪70年代中期以来风靡世界。特别是90年代以来，电力电子行业的迅速发展极大地推动了开关电源的发展。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%。因此，用工作频率为20kHz的PWM开关电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注。随着社会的发展，各种电子设备的体积越来越小，因此对开关电源提出了小型轻量的要求，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。这一切高新要求促进了开关电源的不断发展和进步。

2.1.1 开关电源分类

下面就一般习惯分类介绍几种开关电源：

AC/DC电源：该类电源也称一次电源，它自电网取得能量，经过高压整流滤波得到一个直流高压，供DC/DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压，功率从几瓦－几千瓦均有产品，用于不同场合。

其余还有DC/DC电源、通信电源、电台电源、模块电源、特种电源。 本设计的要求是AC/DC开关稳压电源，该电源电路结构有多种： （1）按驱动方式分有自激式和他激式。 （2）按变换器的工作方式分：

隔离型有通/通方式、通/断方式、中心抽头方式、半桥方式和全桥方式、谐振方式。

非隔离型有降压型、升压型、极性反转型、开关电容型以及谐振型。

（3）按控制方式分有脉宽控制方式有正激式与反激式、磁放大的混合控制方式有电压控制和电流控制以及并联控制、脉宽控制与磁放大器的混合控制方式。

（4）按控制信号的隔离方式分有采用光耦合的隔离方式、采用变压器的隔离方式、采用磁放大器的隔离方式。

（5）按过流保护方式分有输出电流检测方式与开关电流检测方式。

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本设计要求为单端反激式开关电源，具有电路简单、体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、可以高效提供直流输出等很多优点。

2.1.2 开关电源的控制方式

开关电源电路的调制模式主要有三种： （1）脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）； （2）脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation）； （3）脉冲跨周期调制（Pulse-cycle Skip Modulation）。

2.1.3 开关电源工作原理

开关稳压电源按控制方式分为调宽式和调频式两种。在目前开发和使用的开关电源电路中，绝大多数为脉宽调制式。对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压U0取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压U0可由下式2-1计算：

U0?Um?ToffT（2-1）

式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；Toff为矩形脉冲宽度。

2.1.4 开关电源的特点

把直流电源或交流电源通过它可以获得一个稳定的直流电压源。它具有效率高，输出电压稳定，交流纹波小，体积小和重量轻的许多优点，获得了广泛使用。

它是用开关管和开关震荡器组成的一种自动稳压电源。 它可以用于任何交流变直流的电源。

它的特点是输出电压稳定，在交流电压变化大的地方广泛使用。

线性电源稳压器的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低（35%左右），需要加体积庞大的散热片，而且还需要同样也是大体积的工频变压器，当要制作多组电压输出时变压器会更庞大。

开关电源的调整管工作在饱和和截至状态，因而发热量小，效率高（75%以上）而且省掉了大体积的变压器。

但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波，在输出端并接稳压二极管可以改善，另外由于开关管工作是会产生很大的尖峰脉冲干扰，也需要在电路中串连磁珠加以改善。

相对而言线性电源就没有以上缺陷，它的纹波可以做的很小（5mv以下）。

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2.1.5 反激式开关电源

2.1.5.1 反激式开关电源概念

反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。 “反激”（FLY BACK）的具体所指是当输入为高电平（开关管接通）时输出线路中串联的电感为放电状态，相反当输入为高电平（开关管断开）时输出线路中的串联的电感为充电状态。

与之相对的是“正激”（FORWARD）式开关电源，当输入为高电平（开关管接通）时输出线路中串联的电感为充电状态，相反当输入为高电平（开关管断开）时输出线路中的串联的电感为放电状态，以此驱动负载。

原理就是一个通过储能再通过变比进行变压的，一个是直接通过变比进行变压的。正激初级绕组同名端都是正极所以叫正激，反激一个在正，一个在负所以叫反激。 2.1.5.2 反激式开关电源原理

反激式开关电源的工作原理如下图2-1：

图2-1 反激式开关电源的工作原理图

反激电路中的变压器起着储能元件的作用,可以看作是一对相互耦合的电感。 其工作过程为:

S开通后，VD处于断态，N1绕组的电流线性增长，电感储能增加；

N1绕组的电流被切断,变压器中的磁场能量通过N2绕组和VD向输出S关断后，

端释放，反激电路不应工作于负载开路状态。反激电路的理想化波形如图2-2所示。

图2-2 反激电路的理想化波形图

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附 录

附录A 外文资料

To achieve efficient automatic routing PCB design techniques and

elements

Although the current EDA tools are powerful, but with smaller and smaller PCB size requirements, more and more high-density devices, PCB design effort is not small.How high PCB routability and reduce design time?This article describes the PCB planning, layout and design skills and the key points layout.PCB design time is getting shorter, smaller board space, the increasing device density, extremely demanding layout rules and large size of the components makes the designer's work more difficult.In order to solve design challenges and accelerate products to market, many manufacturers tend to use EDA tools to achieve specific PCB design.But the specific EDA tools do not produce the desired results, they can not achieve 100% routability, and confused and often need to spend a lot of time to complete the remaining work.

Now available in many popular EDA tools, but in addition to the terminology used and the location of function keys are similar not the same as outside, how to use these tools to better achieve the PCB design.Before the start of the design layout for serious analysis and careful of the setting tools will make the design more in line with requirements.The following are the general design process and steps.

1,to determine the number of layers PCB

Board size and routing layer needs to determine early in the design.If the design requires the use of high-density ball grid array （BGA） components, these devices must be considered the minimum required for routing wiring layers.The number of wiring layers and stack （stack-up） approach will directly affect the layout and printing of the line impedance.Board size help determine the cascade mode and printed line width, to achieve the desired design effect.

Over the years,people always think the less the cost of the board the lower layers, but the manufacturing costs of the circuit board there are many other factors.In recent years,

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the cost difference between the plywood has been greatly reduced.Preferably at the beginning of the design of the circuit layer and to apply more uniform distribution of copper in order to avoid in the design until near the end of a small amount of signal that do not meet the defined rules and space requirements, thus forced to add a new layer.Careful planning before the design will reduce the wiring in a lot of trouble.

2,the design rules and restrictions

Automatic routing tool itself does not know to do anything.To accomplish the task wiring, cabling tools required rules and restrictions in the right conditions.Different signal lines have different routing requirements, to the special requirements of all classified signal lines, different design categories are not the same.Each signal type should have priority, the higher the priority, the rules are more stringent.Rules involve printed line width, the maximum number of vias, parallel, a signal line and the interaction between the layers of restrictions, the rules of the routing tool performance greatly.Seriously consider the design requirements is an important step in successful routing.

3,the layout of components

To optimize the assembly process, design for manufacturing (DFM) rules would have restricted component layout.If the assembly department allows components to move, you can optimize the circuit proper, but also for automatic routing.Defined rules and constraints will affect the layout.

Should be considered in the layout of the wiring path (routing channel) and through-hole area.These paths and regions in terms of designers is obvious, but would only consider an automatic routing tool for a signal by setting the routing constraints, and setting the signal line layer of cloth can make the wiring tool as envisaged by the designersas complete wiring.

4,the fan-out design

In the fan-out design stage, to make the automatic routing tool can be connected to the component pin, surface mount devices each have at least one through-hole pin so that the need for more connection, the circuit board to carry out thelayer connection, online test （ICT） and the circuit re-treatment.

To make the most efficient automatic routing tool, be sure to use the largest possible size and printed via line spacing is set to 50mil better.Routing path to be used so that the largest number of through-hole type. The fan-out design, taking into account the problem of online testing circuit.Test fixture can be expensive, but usually only when full

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production is about to put into order, if this time we consider adding the node to achieve 100% testability is too late.

After careful consideration and projections, the circuit design of online tests can be conducted early in the design, implementation later in the production process, according to wiring and circuit path via online test to determine the fan-out type, will affect the power and ground routing and fan-out design.Filter capacitor to reduce the inductance generated by cable,vias should be as close to the pin surface mount device, if necessary, can use manual routing, this route may have originally envisaged path of an impact and may even cause you to re-consider the use of vias which must therefore be taken into account and pin hole and set the relationship between inductance via standard priority.

5,manual routing and key signal processing

Although this article discusses the problem of automatic routing, manual routing, but the future is now and the printed circuit board design is an important process.Automatic routing using manual routing tools to help complete the wiring.As shown in Figure 2a and Figure 2b, selected by the network （net） and manual routing to be fixed, can form a basis for automatic routing path can be.

No matter how much the number of critical signals, the first of these signal routing, manual routing or a combination of automatic routing tool can be.The key signals are usually careful circuit design must be to achieve the desired performance.Wiring is complete, then the engineers to inspect wiring on these signals, the process is much easier.Check after the adoption of these lines fixed, and then automatically start the rest of the signal wiring.

6,automatic routing

Routing of critical signals need to consider some of the wiring to control electrical parameters, such as inductors and EMC, reduce distribution, the wiring for the other signals are also similar.All the EDA vendors will provide a way to control these parameters.Automatic routing tool in understanding what the input parameters and input parameters on the effect of routing, automatic routing to some extent, the quality can be guaranteed.

General rules should be used to automatically route the signal.By setting restrictions and prohibitions to limit the routing area used by a given signal level and the number of vias used, cabling tools engineers can design according to auto wiring.If the automatic routing tool used by the fabric layer and the number of vias without restriction, automatic

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routing will be used to each layer, and will cause a lot of vias.

Constraints in the set and apply rules created, automatic routing will be expected to achieve similar results, of course, may also require some finishing work, but also need to ensure that other signals and network cabling space.In the part of the design is completed, will be fixed down to prevent the process of being behind the wiring.

The same procedure used to route the remaining signals.Frequency depends on the complexity of the circuit wiring and general rules you define how much.A class of signals for each completed, the remaining constraints of network cabling is reduced.However, the subsequent signal routing needs a lot of manual intervention.Now the automatic routing tool is very powerful, can usually be completed 100% of the wiring.But when the automatic routing tool has not completed all signal wiring to the rest of the signals required for manual routing.

7,the automatic routing of the design points include:

（1）Slightly change the settings, try a variety of path routing;

（2）The basic rules remain the same, try different wiring layers, the printed lines of different widths and different width and spacing, different types of vias, such as blind holes, buried vias, etc., observing the results of these factors impact on the design;

（3）For the default route tools for those who deal with the network as needed; （4）The more important signal, automatic routing tools for the greater freedom to its wiring.

8,the wiring of the order

If you are using EDA software tools able to list the length of the signal wiring, checking the data, you may find some little constraint length of the signal wiring is very long.Relatively easy to deal with this problem by manually editing to shorten the length of the signal wiring and reduce the number of vias.In the finishing process, you need to determine what a reasonable layout, which layout is unreasonable.As with the manual layout design, automatic layout design in the inspection process to sort and edit.

From: http://PCBwenku.com/view/9f27c95f804d2b160b4ec015.html

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实现PCB高效自动布线的设计技巧和要点

尽管现在的EDA工具很强大，但随着PCB尺寸要求越来越小，器件密度越来越高，PCB设计的难度并不小。如何实现PCB高的布通率以及缩短设计时间呢？本文介绍PCB规划、布局和布线的设计技巧和要点。 现在PCB设计的时间越来越短，越来越小的电路板空间，越来越高的器件密度，极其苛刻的布局规则和大尺寸的组件使得设计师的工作更加困难。为了解决设计上的困难，加快产品的上市，现在很多厂家倾向于采用专用EDA工具来实现PCB的设计。但专用的EDA工具并不能产生理想的结果，也不能达到100%的布通率，而且很乱，通常还需花很多时间完成余下的工作。

现在市面上流行的EDA工具软件很多，但除了使用的术语和功能键的位置不一样外都大同小异，如何用这些工具更好地实现PCB的设计呢？在开始布线之前对设计进行认真的分析以及对工具软件进行认真的设置将使设计更加符合要求。下面是一般的设计过程和步骤。

1，确定PCB的层数

电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。如果设计要求使用高密度球栅数组（BGA）组件，就必须考虑这些器件布线所需要的最少布线层数。布线层的数量以及层叠（stack-up）方式会直接影响到印制线的布线和阻抗。板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度，实现期望的设计效果。

多年来，人们总是认为电路板层数越少成本就越低，但是影响电路板的制造成本还有许多其它因素。近几年来，多层板之间的成本差别已经大大减小。在开始设计时最好采用较多的电路层并使敷铜均匀分布，以避免在设计临近结束时才发现有少量信号不符合已定义的规则以及空间要求，从而被迫添加新层。在设计之前认真的规划将减少布线中很多的麻烦。

2，设计规则和限制

手动布线工具需要在正确的规则和限制条件下工作。不同的信号线有不同的布线要求，要对所有特殊要求的信号线进行分类，不同的设计分类也不一样。每个信号类都应该有优先级，优先级越高，规则也越严格。规则涉及印制线宽度、过孔的最大数量、平行度、信号线之间的相互影响以及层的限制，这些规则对布线工具的性能有很大影响。认真考虑设计要求是成功布线的重要一步。

3，组件的布局

为最优化装配过程，可制造性设计(DFM)规则会对组件布局产生限制。如果装配部门允许组件移动，可以对电路适当优化，更便于自动布线。所定义的规则和约束条件会影响布局设计。

在布局时需考虑布线路径（routing channel）和过孔区域。这些路径和区域对设

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第6章 焊接与系统调试

6.1 开关电源的制作

本设计的输出是12V、1.25A开关电源是一种比较通用的电源，他不需要太多的器件，因此制作起来比较方便、容易，所用的器件清单见附录B中附表-1。

电路板的焊接要遵从电路板的焊接注意事项：

（1）呈圆焊接顺序元器件装焊顺序依次为：电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其它元器件为先小后大。

（2）芯片与底座都是有方向的，焊接时，要严格按照PCB板上的缺口所指的方向，使芯片，底座与PCB三者的缺口都对应。

（3）焊接时，要使焊点周围都有锡，将其牢牢焊住，防止虚焊。

（4）在焊接圆形的极性电容器时（一般电容值都是比较大的），其电容器的引脚是分长短的，以长脚对应“＋”号所在的孔。

（5）芯片在安装前最好先两边的针脚稍稍弯曲，使其有利于插入底座对应的插口中。

（6）电位器也是有方向的，其旋钮要与PCB板上凸出方向相对应。

（7）取电阻时，找到所需电阻后，拿剪刀剪下所需数目电阻，并写上电阻，以便查找。

（8）装完同一种规格后再装另一种规格，尽量使电阻器的高低一致。焊完后将露在印制电路板表面多余引脚齐根剪去。

（9）焊接集成电路时，先检查所用型号，引脚位置是否符合要求。焊接时先焊边沿对脚的二只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。

（10）对引脚过长的电器元件（如电容器，电阻等），焊接完后，要将其剪短。 （11）焊接后用放大镜查看焊点，检查是否有虚焊以及短路的情况的发生。 （12）当有连线接入时，要注意不要使连线深入过长，以至于将其旋在电线的橡胶皮上，出现断路的情况。

（13）当电路连接完后，最好用清洗剂对电路的表面进行清洗，以防电路板表面附着的铁屑使电路短路。

（14）在多台仪器老化的时候，要注意电线的连接，零线对零线，火线对火线。 （15）当最后组转时，应将连线扎起，以防线路混乱交叉。

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（16）要进行老化工艺，可发现很多问题，连线要接紧，螺丝要旋紧，当反复插拔多次后，要注意连线接头是否有破损。

（17）焊接上锡时，锡不宜过多,当焊点焊锡锥形时，即为最好。

6.2 开关电源的测试

成品完成后我们要完成对其性能的测试。

接通交流市电220V打开开关，对输出结果进行测量。测量结果如下表5-1:

表5-1 测试输出结果

项目 输出电压 输出电流 纹波

数据 11.8V 1.23A 190mA

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第7章 结论与展望

经过几个月的长时间努力，我的毕业设计终于完成了。这是一次综合学习电路、单片机、Protel 99 se软件等知识的设计过程。

本设计首先介绍了直流12V开关稳压电源的发展历史，如今的状况和将来的发展趋势，随后介绍了开关电源的一些基本知识和本设计的原理设计过程，再就是本设计中所用到的元器件的参数计算，最后通过Protel 99 se软件画出原理图和PCB板图，印制出电路板，焊制食物并检测。在原理设计的过程中，主要介绍了单片开关电源的典型电路、反馈类型、TOP255PN芯片的内部结构以及调制的方法。参数计算部分主要是针对变压器各个参数的计算。对于原理图和PCB板图的绘制，要掌握Protel 99 se软件的使用。

我主要负责的是PCB板图的设计和绘制，对于这部分，通过本次设计，主要有以下三点的总结：

（1）要做好前期的准备工作。在Protel 99 se软件中有自带的元件库，但是对于本设计还缺少很多原件的封装，例如变压器的封装，如果不先准备好所需的原件封装，则在导入原理图网络表时会出现错误。

（2）要做好PCB板图的布局。主要是对于电容的布局，本设计的电容是起到滤波的作用，布置这些电容时应该尽量靠近需要滤波的元器件。

（3）要做好PCB板图的布线。本设计要求采用手动布线，首先应对电源线进行布线，用来保证电路板的电器性能。在一些线路的拐角采用45?的折线布线，用来减小高频信号的辐射，以免对整个电路造成影响。

通过本次的设计我了解掌握了交流输入经过整流、变压、检测、反馈到输出稳压的直流输出的过程，同时培养了在正确的设计思想和分析问题的能力，特别是整体设计和部分设计，让我知道了既要做好自己负责的部分，也要和另外两位同学配合好，一起完成本次的设计。经过这次毕业设计，我深深地体会到严谨、认真、仔细、有耐心是一个电气人必须具备的素质。由于水平有限以及所学知识的不足，在设计中难免有不少的凑无，还请老师批评指正。

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参考文献

[1]沙占友等．新型开关电源的设计与应用．[M]北京：电子工业出版社，2001．6：13～28． [2]徐德高等．脉宽调制变换器型稳压电源．[M]北京：科学出版社，1983．6：33～57． [3]王兆安，黄俊．电力电子技术．[M]北京：机械工业出版社，2009．1：67～142． [4]余孟尝．数字电子技术基础简明教程．[M]高等教育出版社，2006．1：23～52． [5]莫慧芳．高频开关电源发展概述.[M]电源世界，2007．5：34～77． [6]胡寿松．自动控制原理.[M]北京：科学出版社，2007：53～98．

[7]杨素行．模拟电子技术基础简明教程．[M]高等教育出版社，2005．10：11～44． [8]沙占友．开关电源200例．[M]北京：机械工业出版社，2009．8：66～72．

[9]张占松，蔡宦三．开关电源的原理与设计．[M]北京：电子工业出版社，2004：98～163． [10]赵同贺．新型开关电源典型设计与应用．[M]北京：机械工业出版社，2009．10：161～242． [11]何希才．新型开关电源设计与应用．[M]北京：科学技术出版社，2001：37～148． [12](美) Raymond A．Mack Jr．开关电源入门．[M]人民邮电出版社，2007：62～103． [13]Wolh F Zr．PCB Basics.[J]西安电子出版社，2008．8．

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致 谢

非常感谢×××老师在我大学的最后学习阶段给自己的指导，从最初的选题，到资料的收集，到写作、修改，到论文定稿，她们给了我们耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文她放弃了自己的休息时间，她们这种诲人不倦的敬业精神真是令人钦佩，在此我相她们表示我诚挚的谢意。

通过这段时间的努力，我的毕业论文终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益匪浅，这除了自己的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

在本论文的写作过程中，我们的老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一次又一次地指出初稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心的感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我们极大关心和支持的各位老师以及关心我们的同学和朋友。

在此感谢各位老师的批评指导。

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