開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)摘要 直流穩(wěn)壓電源應(yīng)用廣泛，幾乎所有電器，電力或者電子設(shè)備都毫不例 外的需要穩(wěn)定的直流電壓（電流）供電，它是電子電路工作的“能源”和 “動(dòng)力”。不同的電路對(duì)電源的要求是不同的。在很多電子設(shè)備和電路中 需要一種當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓仍能基本保持不點(diǎn) 的電源。電子設(shè)備中的電源一般由交流電網(wǎng)提供， 如何將交流電壓 （電流） 變?yōu)橹绷麟妷海娏鳎┕╇?？又如何使直流電壓（電流）穩(wěn)定？這是電子 技術(shù)的一個(gè)基本問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題的方案很多，歸納起來(lái)大致可分為線 性電子穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源兩類，他們又各自可以用集成電路或分立 元件構(gòu)成。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源具有效率高， 輸出功率

2、大， 輸入電壓變化范圍寬， 節(jié)約能耗等優(yōu)點(diǎn)。一、引言1.1 基本要求穩(wěn)壓電源。1. 基本要求 輸出電壓UO可調(diào)范圍：12V15V ; 最大輸出電流 IOmax ： 2A； U2從15V變到21V時(shí)，電壓調(diào)整率 SU<2% （IO=2A ）; IO從0變到2A時(shí)，負(fù)載調(diào)整率 Sl<5%（ U2=18V ）; 輸出噪聲紋波電壓峰 -峰值 UOPP<1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； DC-DC 變換器的效率 >70% （U2=18V,UO=36V,IO=2A）; 具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流 10 (th ) =2.5 ±0.2A ;1.2發(fā)揮部分(1

3、) 排除短路故障后，自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)；(2) 過(guò)熱保護(hù)；二、方案設(shè)計(jì)與論證幵關(guān)式直流穩(wěn)壓電源的控制方式可分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種。實(shí)際應(yīng) 用中，調(diào)寬式應(yīng)用較多，在目前幵發(fā)和使用的幵關(guān)電源集成電路中，絕大 多數(shù)為脈寬調(diào)制(PWM )型。幵關(guān)電源的工作原理就是通過(guò)改變幵關(guān)器 件的幵通時(shí)間和工作周期的比值，即占空比來(lái)改變輸出電壓，通常有三種 方式：脈沖寬度調(diào)制(PWM )、脈沖頻率調(diào)制(PFM)和混合調(diào)制。PWM 調(diào)制是指幵關(guān)周期恒定，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變占空比的方式。因?yàn)橹?期恒定，濾波電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，因此本次設(shè)計(jì)采用PWM調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)要求。主要框架如圖1所示。由變壓器降壓得到交流電

4、壓，再經(jīng)過(guò)整流濾波電路，將交流電變成直流電，然后再經(jīng)過(guò)DC-DC變換，由PWM的驅(qū)動(dòng)電路去控制幵關(guān)管的導(dǎo)通和截止，從而產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電壓 源。圖1三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3 . 1系統(tǒng)整體框圖幵關(guān)電源由隔離變壓器，整流濾波和DC-DC變換電路組成。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是DC-DC變換電路，它包含了幵干電源中的幵關(guān)器件，儲(chǔ)能器件，脈沖變壓器，濾波器，輸出整流等所有功率器件和控制模塊。而控制模塊的設(shè)計(jì)又是DC-DC的核心，一般DC-DC控制模塊使用專用的 PWM調(diào)制芯 片，本設(shè)計(jì)使用UC3842。芯片內(nèi)部集成了誤差比較器，振蕩器， PWM 調(diào)制器等。在此情況下使用集成芯片加上少量的外圍電路即可構(gòu)成PWM控制電路

5、，穩(wěn)定性能較好，控制簡(jiǎn)單。圖23.2交流信號(hào)源所采用的交流信號(hào)源為19.6v、49kHz。采用此參數(shù)是為了使后面電路得到一個(gè)合適的電壓與電流。3.3整流模塊如圖3所示。當(dāng)輸入電壓U處于正半周期時(shí)，二極管D1，D3導(dǎo)通， D2，D4截止。當(dāng)輸入電壓 U處于負(fù)半周期時(shí)，D2，D4導(dǎo)通，D1，D3 截止。其中相關(guān)參數(shù)：(1) 整流電壓平均值 U2丄in td( t) 0.9U,n 0(2) 整流電流平均值(3) 流過(guò)每個(gè)二極管電流平均值(4) 每個(gè)二極管承受的最高反向電壓URM - 2U,(5)變壓器二次電流有效值IIm2sin t d t1.1110U2D2D33.4濾波模塊從整流模塊出來(lái)的半波電

6、流經(jīng)過(guò)濾波模塊得到一個(gè)較為平整的直流 電流。如圖4所示。其原理為電壓的變化使的電容器一直處于一個(gè)充放電 的過(guò)程中，將電路中急劇變化的電流起到一個(gè)緩沖作用，從而得到一個(gè)平 穩(wěn)電流輸出。電容越大效果越好，出于成本、空間和作用效果綜合考慮， 我們采用1000uF的電容。半波電流直流電流圖43.5整流濾波綜合由題目可知，幵關(guān)穩(wěn)壓電源的前級(jí)電路主要由整流濾波電路構(gòu)成。根據(jù)需要，降壓后得到19.6V的交流電，然后整流濾波得到穩(wěn)定直流送往后級(jí) 如圖5所示整流濾波仿真波形3.6矩形波發(fā)生模塊矩形波發(fā)生模塊如圖6所示UC38423.6換能模塊輸入電流通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管使改變其電流的占空比從而使矩形電流變?yōu)?直流信號(hào)，

7、其中二極管作用為防止電流倒流，電容是為了進(jìn)一步濾波使輸 出電流更為平整。如圖7所示。圖73.7調(diào)壓模塊使上級(jí)的電流通過(guò)三個(gè)電阻，其中一個(gè)為電位計(jì)，通過(guò)調(diào)整電位計(jì)來(lái)對(duì)分得的電壓進(jìn)行調(diào)整，從而得到調(diào)壓的功能。如圖8所示。U2圖83.7重要元器件的參數(shù)計(jì)算如圖9所示。注：(當(dāng)電源電壓50HZ , 220V時(shí)，U2=18v經(jīng)橋式整流濾波后，可 得直流電壓為 U1=U2*1.3=23.4v，題目要求輸出電壓 U0=30v36v)根據(jù)題目測(cè)試條件取 U0=36v最大占空比 D= (U0- U1 ) / U0-=35%充電電感 L1>=2(U0- US)D(1-D)/I0*fs=105uf流過(guò)電感 L

8、1 的電流值 IL=30%IL(平均)=30%*I0/(1-D)=0.923A流過(guò)電感L1的峰值電流 L1=1.15*I0/(1-D)=3.54ACL=U0*U0*DT/U0I0=12.86MF圖9四、總結(jié)電子設(shè)備離不幵電源，電源是電子設(shè)備的重要組成部分，電源的質(zhì)量 直接影響幵關(guān)電子設(shè)備工作的可靠性。本次我們?cè)O(shè)計(jì)直流串聯(lián)穩(wěn)壓電源， 通過(guò)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，再進(jìn)行硬件的驗(yàn)證，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)仿 真測(cè)試可以看出，通過(guò)此次設(shè)計(jì)使得我們的專業(yè)知識(shí)都有了顯著地提高， 也對(duì)電源更加的了解。最后感謝老師的們的細(xì)心指導(dǎo)。五、附件 附件一、主體電路設(shè)計(jì)圖附件二、仿真測(cè)試數(shù)據(jù)以與整流濾波后整體波的形態(tài)1.矩形波發(fā)生器仿真TIC3