開關(guān)穩(wěn)壓電源-電力電子畢業(yè)設(shè)計論文

1、開關(guān)穩(wěn)壓電源摘要：本設(shè)計應(yīng)用隔離型回掃式DC-DC電源變換技術(shù)完成開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計及制作。系統(tǒng)主要由整流濾波電路，DC-DC變換電路，單片機(jī)顯示與控制電路三部分組成。開關(guān)電源的集成控制由脈寬調(diào)制控制芯片UC3843及相關(guān)電路完成，利用單片機(jī)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，完成對輸出電壓的鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，同時由單片機(jī)A/D采集數(shù)據(jù)利用數(shù)碼管顯示出輸出電壓和電流。系統(tǒng)具有輸出電壓可調(diào)范圍寬、噪聲紋波電壓低和DC-DC變換效率高等特點(diǎn)。此外，該系統(tǒng)還具有過流保護(hù)功能，排除過流故障后，電源能自動恢復(fù)為正常狀態(tài)。 關(guān)鍵字：DC- DC，整流濾波，脈寬調(diào)制，A/D采集，D/A轉(zhuǎn)換 Abstract：The stab

2、ilized voltage switching supply is designed and manufactured by DC-DC power transfer with isolation and feedback. The supply includes rectification and filtering circuit, DC-DC transfer unit, controller controlling circuit and liquid crystal display module. The swiching supply is controlled by pulse

3、 width modulation IC UC3843. The output voltage can be regulated step by step by a microcontroller, a key and a D/A converter. The output voltage and current of the switching supply are collected by a A/D converter and displayed in Nixie tubes. The switching supply have some advantage such as wide o

4、utput voltage, low noise ripple, high transfer efficiency. In addition, the swiching supply can realize current foldback.Keyword：DC-DC transfer, rectification and filtering, , microcontroller, A/D collecting data，D/A converting 一、 方案論證圖1為開關(guān)電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看出，系統(tǒng)分為三個部分：電路電源、控制回路和顯示設(shè)定部分。顯示圖1 開關(guān)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.

5、DC-DC主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為隔離式和非隔離式兩種。非隔離式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(圖2所示)，只能獲得低于輸入電壓的輸出電壓，而隔離式單端反激式拓樸結(jié)構(gòu)(圖3所示)的輸入端與輸出端電氣不相通，通過脈沖變壓器的磁偶合方式傳遞能量，確保當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通，驅(qū)動脈沖變壓器原邊時，變壓器付邊不對負(fù)載供電，即原/付邊交錯通斷。其優(yōu)點(diǎn)就是路電結(jié)構(gòu)簡單，適用于 200W以下的電源且多路輸出交調(diào)特性相對較好。故我們訊用隔離式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 圖2非隔離式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖3 隔離式單端反激式拓樸結(jié)構(gòu) 2. 控制方法及實現(xiàn)方案方案一：采用脈沖頻率調(diào)制PFM (Pulse Frequency Modulation)的控制方式，

6、其特征是固定脈沖寬度，利用改變開關(guān)頻率的方法來調(diào)節(jié)占空比。輸出電壓的調(diào)整范圍大，但要求濾波電路必須在寬頻帶下工作。方案二：采用脈沖寬度調(diào)制PWM (Pulse Wildth Modulation)的控制方式，其特征是固定開關(guān)的頻率，通過改變脈沖寬度改變占空比,控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。基于上述考慮及題目的具體要求，我們選用PWM調(diào)制方式。3提高效率的方法及實現(xiàn)方案 針對于提高效率的問題，我們想出了兩種方案。方案一：降低開關(guān)變壓器次級的輸出整流管VD2的損耗，進(jìn)而提高變換效率?？梢赃x擇肖特基二極管，其正向傳輸損耗低，而且不存在快回復(fù)整流管的反向回復(fù)損耗。方案二：使震蕩器頻率與開

7、關(guān)變壓器的頻率相匹配，可以提高效率。采用RC震蕩電路可以改變震蕩頻率，使之與開關(guān)變壓器的頻率相匹配，達(dá)到提高變換效率的目的。二、電路設(shè)計與參數(shù)計算1. 主回路器件的選擇及參數(shù)計算(1) 開關(guān)電源集成控制器相比于其他芯片，UC3843外電路接線簡單，所用元器件少，且性能優(yōu)越，成本低，驅(qū)動電平非常適合于MOS場效應(yīng)管。 (2) 推動功率管選擇 推動電路選擇功率MOSFET場效應(yīng)管，因為功率晶體管是電流驅(qū)動，場效應(yīng)管是電壓驅(qū)動，而且開關(guān)速度快，對溫度不敏感。本設(shè)計需輸出的最大功率為90W左右，同時輸入電壓為18V左右，故本設(shè)計采用P60NF06型MOSFET場效應(yīng)管。(3) 開關(guān)變壓器的設(shè)計 開關(guān)變

8、壓器是一種以隔離方式傳輸能量的電抗器，和功率MOSFET管串聯(lián)而成。電流臨界連續(xù)時原邊電感：，其中Uimino 為變壓器原邊輸入的最小直流電壓，Ts為開關(guān)周期，P為輸出功率，為變換效率。開關(guān)變壓器磁芯氣隙為：,B為鐵芯工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，SC為鐵芯截面積，K為最小輸出功率與額定輸出功率之比。原邊繞組匝數(shù)為原、副邊繞組匝數(shù)比為,UD為輸出整流二極管壓降、U O2為副邊繞組，N2為輸出電壓。同理可求得其他匝數(shù)比。磁芯型號EE12初級電感量1.54uH變壓器氣隙.58變壓器初級匝數(shù)2.24變壓器次級匝數(shù)10.04晶體管耐壓39.94晶體管電流52.122控制電路設(shè)計與參數(shù)計算 控制部分由UC3843產(chǎn)生

9、的PWM波控制MOSFET管的開關(guān)狀態(tài)，由于MOSFET管的開關(guān)狀態(tài)使開關(guān)變壓器的初級線圈產(chǎn)生交變電壓，開關(guān)變壓器的次級通過整流濾波電路輸出所需的直流電壓，同時通過TL431電壓調(diào)整電路控制光耦回路，返回到UC3843的電壓檢測端，使之達(dá)到穩(wěn)壓。UC3843的工作頻率 3效率的分析及參數(shù)計算(1) IO=2A，當(dāng)U2從15V到21V時，電壓調(diào)整率。(2) U2=18V，IO從0A到2A時，負(fù)載調(diào)整率(3)DC-DC變換器效率,其中,。 4保護(hù)電路設(shè)計與參數(shù)計算本設(shè)計具有兩級保護(hù)功能：單片機(jī)軟件控制保護(hù)和UC3843自帶保護(hù)功能。(1)在電源輸出端，單片機(jī)利用電流傳感器對電流進(jìn)行取樣，經(jīng)過LM3

10、24放大器的放大作用后，被送入AD采集芯片AD1543中，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機(jī)進(jìn)行檢測，當(dāng)電流大于設(shè)定值時，單片機(jī)控制繼電器斷開負(fù)載，以保證電源的正常工作。(2) UC3843正常工作時，檢測電阻RS 峰值電壓由內(nèi)部誤差放大器控制，滿足,其中為UC為誤差放大器的輸出電壓， IS為檢測電流。UC3843的內(nèi)部電流測定比較器反相輸入端箝位為1V，最大限制電流IS=1V/ RS 。在RS 和3腳之間，用R、C組成一小的濾波器，用于抑制功率管開通時產(chǎn)生的電流尖峰，其時間常數(shù)近似等于電流尖峰持續(xù)時間。 當(dāng)動作電流超過2.5A時，電源能自動斷開負(fù)載，排除過流故障后，電源能自動恢復(fù)為正常狀態(tài)。5數(shù)字設(shè)定及

11、顯示電路的設(shè)計 如圖所示，單片機(jī)檢測鍵盤，并把鍵值送給DA轉(zhuǎn)換芯片MAX504, 12位的數(shù)字信號被轉(zhuǎn)換成模擬信號，送到電壓調(diào)整部分，進(jìn)而設(shè)定輸出電壓。單片機(jī)實時利用TLC1543芯片進(jìn)行AD采集，將采集到的電壓信號轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字信號，并送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。圖7.軟件部分設(shè)計單片機(jī)系統(tǒng)流程圖如圖所示。圖 系統(tǒng)流程圖三、測試方法與數(shù)據(jù)1. 測試方法 將各電路模塊連接起來，先輸入18VAC，用萬用表的電壓檔測量輸出電壓的可調(diào)范圍；再用電流檔測試最大輸出電流；使輸出電流固定為2A，調(diào)整U2從15V到21V，用萬用表的電壓檔測量出UO變化范圍；使U2固定為18V，調(diào)整IO從0A到2A，用萬用表的電流

12、檔測量出UO變化范圍；使U2=18V，UO=36V，IO=2A,利用示波器讀出紋波的峰峰值；使U2=18V，UO=36V，IO=2A，利用萬用表的電壓檔測量出UIN 再用電流檔測量出IIN 。2. 測試儀器MY-65 數(shù)字萬用表DS 5062CA 示波器負(fù)載電阻 RL=50雙路可跟蹤直流穩(wěn)壓電源3. 測試數(shù)據(jù)實測數(shù)據(jù)計算值基本指標(biāo)發(fā)揮指標(biāo)說明Uo可調(diào)范圍25V37V-30V36V-最大輸出電流2.5A-2 A-電壓調(diào)整率25.0125.020.16%2%0.2%負(fù)載調(diào)整率24.9024.950.27%5%0.5%Uopp(V)205 mV-1V-變換效率5.71A, 17.95V70.2%70

13、%85%四、 測試結(jié)果分析(1) 輸出電壓可調(diào)范圍。整機(jī)的輸出電壓可調(diào)范圍是2537V,達(dá)到并超過了題目標(biāo)準(zhǔn)。(2) 最大輸出電流。整機(jī)的輸出電流最大達(dá)到2.5A，達(dá)到并超過了題目要求。(3) 電壓調(diào)整率。整機(jī)的電壓調(diào)整率是0.16%，達(dá)到了發(fā)揮要求。(4) 負(fù)載調(diào)整率。整機(jī)的負(fù)載調(diào)整率是0.27%，達(dá)到了發(fā)揮要求。(5) 紋波電壓，測量值是205mV.(6) DC-DC變換效率,整機(jī)效率是70.2%，達(dá)到了基本要求，但里發(fā)揮要求有一定的距離，因為時間有限，沒能來的及調(diào)整。五設(shè)計總結(jié)： 經(jīng)過這次的設(shè)計，讓對三相可控整流電路更加的熟悉了，讓我更加的熟悉三相可控整流的工作原理，對我的學(xué)習(xí)有很大的幫助。而且在設(shè)計的過程中我查閱了一些其他的參考資料，讓我的知識進(jìn)一步的拓展了，讓我對電力電子這門課程有了更深的了解。 1 李可斌.電力電子變流技術(shù)M.上海交通大學(xué)出版社，1993.2 丁元杰.中小型直