開關(guān)電源設計相關(guān)(一)信息工程

1、開關(guān)電源設計相關(guān)(一)信息工程     2013-05-30 01:39        導讀：電子信息工程論文畢業(yè)論文，開關(guān)電源設計相關(guān)(一)信息工程畢業(yè)論文怎么寫，格式要求，寫法技巧，展示的這篇論文是很好的參考：        目錄 摘要 1、開關(guān)電源概述            

2、0;目錄摘要1、開關(guān)電源概述2、開關(guān)電源的發(fā)展3、開關(guān)電源的基本構(gòu)成及分類4、開關(guān)電源的電路組成及功能開關(guān)電源的PWM1、開關(guān)電源PWM的五種反饋控制模式2、三種經(jīng)典型號控制集成芯片：UC3842、TL494、SG3525開關(guān)電源的電磁兼容性與可靠性開關(guān)電源的電磁電磁兼容技術(shù)開關(guān)電源的噪聲開關(guān)電源的EMC設計開關(guān)電源的計算機輔助分析與計算直流開關(guān)電源設計直流開關(guān)電源原理及特點直流開關(guān)電源的保護六、參考文獻開關(guān)電源設計相關(guān) 電源，即提供電能的設備，主要分三類：一次電源（將其它能量轉(zhuǎn)換為電能），二次電源和蓄電池。其中，二次電源指的是把輸入電源（由電網(wǎng)供電）轉(zhuǎn)換為電壓、電流、頻率、波形及在

3、穩(wěn)定性、可靠性（含電磁兼容，絕緣散熱，不間斷電源，智能控制）等方面符合要求的電能供給負載。電子設備都離不開可靠的電源。開關(guān)電源由于具有效率高、體積小、重量輕的特點，近年來獲得了飛速發(fā)展。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進入更廣泛的應用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。   開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和功率開關(guān)器件（如M

4、OS-FET）等構(gòu)成。簡單的說：就是開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源把直流電源或交流電源通過它可以獲得一個穩(wěn)定的直流電壓源。它具有效率高，輸出電壓穩(wěn)定，交流紋波小，體積小和重量輕的許多優(yōu)點。  開關(guān)電源主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路。它們的功能是：輸入電網(wǎng)濾波器：消除來自電網(wǎng)，如電動機的啟動、電器的開關(guān)、雷擊等產(chǎn)生的干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴散。 輸入整流濾波器：將電網(wǎng)輸入電壓進行整流濾波，為變換器提供直流電壓。 變換器：是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分。它把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。

5、輸出整流濾波器：將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負載的干擾。 控制電路：檢測輸出直流電壓，并將其與基準電壓比較，進行放大。調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。 保護電路：當開關(guān)電源發(fā)生過電壓、過電流短路時，保護電路使開關(guān)電源停止工作以保護負載和電源本身。   現(xiàn)代開關(guān)電源有兩種：一種是直流開關(guān)電源；另一種是交流開關(guān)電源。       PWM開關(guān)穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源基本工作原理就是在輸入電壓變化、內(nèi)部參數(shù)變化、外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準

6、信號的差值進行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導通脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號穩(wěn)定。 PWM的開關(guān)頻率一般為恒定，控制取樣信號有：輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓、開關(guān)器件峰值電流。由這些信號可以構(gòu)成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流及恒定功率的目的，同時可以實現(xiàn)一些附帶的過流保護、抗偏磁、均流等功能。對于定頻調(diào)寬的PWM閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，主要有五種PWM反饋控制模式  開關(guān)電源PWM的五種反饋控制模式1、電壓模式控制PWM (VOLTAGE-MODE CONTROL PWM)：2. 峰值電流模式控制PWM (PEAK CURRENT-MODE C

7、ONTROL PWM)：3. 平均電流模式控制PWM (AVERAGE CURRENT-MODE CONTROL PWM)：4. 滯環(huán)電流模式控制PWM (HYSTERETIC CURRENT-MODE CONTROL PWM)：5. 相加模式控制PWM (SUMMING-MODE CONTROL PWM)： 開關(guān)電源的PWM專用芯片有三個經(jīng)典型號:UC3842,TL494,SG3525UC3842是電流模式八腳單端PWIVI控制芯片，其內(nèi)部電路框圖如圖所示，主要由基準電壓發(fā)生器、欠電壓保護電路、振蕩器、PWM閉鎖保護、推挽放大電路、誤差放大器及電流比較器等電路組成。該控制芯片與外圍

8、振蕩定時器件、開關(guān)管、開關(guān)變壓器可構(gòu)成功能完善的他勵式開關(guān)電源。直流穩(wěn)壓電源是一種常見的電子儀器，廣泛地應用于電子電路、教學實驗和科學研究等領(lǐng)域。目前使用的直流穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，利用分立器件組成，其體積大，效率低，可靠性性差，操作使用不方便，自我保護功能不夠，因而故障率高。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子、電器設備對穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高，穩(wěn)壓電源不斷朝著小型化，高效率，低成本，高可靠性，低電磁干擾，模塊化和智能化方向發(fā)展。以單片機系統(tǒng)為核心而設計制造出來的新一代智能穩(wěn)壓電源不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，性能卓越，而且由于單片機具有計算和控制能力，利用它對采樣數(shù)據(jù)進行各種計算，

9、從而可排除和減少由于騷擾信號和模擬電路引起的誤差，大大提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了對模擬電路的要求。智能穩(wěn)壓電源可利用單片機設置周密的保護監(jiān)測系統(tǒng)，確保電源運行可靠。輸出電壓和限定電流采用數(shù)字顯示，輸入采用鍵盤方式，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較高的使用價值。 控制和保護電路主要處理信號，屬于“弱電”電路，但它控制著主電路中的開關(guān)器件，一旦出現(xiàn)失誤，將造成嚴重的后果，使電源停止工作或損壞。電源的很多指標，如穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、紋波、輸出特性等也與控制電路相關(guān)開關(guān)電源主要有以下特點：體積小、重量輕：由于沒有工頻變壓器，所以體積和重量只有線性電源的2030%。 功耗小、效率高：功率晶

10、體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以晶體管上的功耗小，轉(zhuǎn)化效率高，一般為6070%，而線性電源只有3040%。 開關(guān)電源的電路組成： 開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。 開關(guān)電源的電路組成方框圖如下： 輸入電路的原理及常見電路：AC輸入整流濾波電路原理：防雷電路：當有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其

11、工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F(xiàn)1、F2、F3會燒毀保護后級電路。輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙型濾波網(wǎng)絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。當電源開啟瞬間，要對C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減?。≧T1是負溫系數(shù)元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。整流濾波電路：交流電壓經(jīng)BRG1整流后，經(jīng)C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。

12、 DC輸入濾波電路原理：輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙型濾波網(wǎng)絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。C3、C4為安規(guī)電容，L2、L3為差模電感。R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。在起機的瞬間，由于C6的存在Q2不導通，電流經(jīng)RT1構(gòu)成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩(wěn)壓值時Q2導通。如果C8漏電或后級電路短路現(xiàn)象，在起機的瞬間電流在RT1上產(chǎn)生的壓降增大，Q1導通使Q2沒有柵極電壓不導通，RT1將會在很短的時間燒毀，以保護后級電路。功率變換電路：MOS管的工作原理：

13、目前應用最廣泛的絕緣柵場效應管是MOSFET（MOS管），是利用半導體表面的電聲效應進行工作的。也稱為表面場效應器件。由于它的柵極處于不導電狀態(tài)，所以輸入電阻可以大大提高，最高可達105歐姆，MOS管是利用柵源電壓的大小，來改變半導體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。常見的原理圖：    3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器，和開關(guān)MOS管并接，使開關(guān)管電壓應力減少，EMI減少，不發(fā)生二次擊穿。在開關(guān)管Q1關(guān)斷時，變壓器的原邊線圈易產(chǎn)生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測得的電

14、流峰值信號參與當前工作周波的占空比控制，因此是當前工作周波的電流限制。當R5上的電壓達到1V時，UC3842停止工作，開關(guān)管Q1立即關(guān)斷 。 R1和Q1中的結(jié)電容CGS、CGD一起組成RC網(wǎng)絡，電容的充放電直接影響著開關(guān)管的開關(guān)速度。R1過小，易引起振蕩，電磁干擾也會很大；R1過大，會降低開關(guān)管的開關(guān)速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護了MOS管。 （ lw.AsE編輯整理） Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當其占空比越大時，Q1導通時間越長，變壓器所儲存的能量也就越多；當Q1截止時，變壓器通過D1、D2、R5、R4、C3釋放能量，同時也達到了磁場復位的

15、目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了準備。IC根據(jù)輸出電壓和電流時刻調(diào)整著腳鋸形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機的輸出電流和電壓。 C4和R6為尖峰電壓吸收回路。   4、推挽式功率變換電路     2013-05-30 01:39        導讀：Q1和Q2將輪流導通。 5、有驅(qū)動變壓器的功率變換電路： T2為驅(qū)動變壓器，T1為開關(guān)變壓器，TR1為電流環(huán)。 輸出整流濾波電路： 正激式整流電路： T1為開關(guān)  

16、0;      Q1和Q2將輪流導通。 5、有驅(qū)動變壓器的功率變換電路：  T2為驅(qū)動變壓器，T1為開關(guān)變壓器，TR1為電流環(huán)。輸出整流濾波電路：正激式整流電路： T1為開關(guān)變壓器，其初極和次極的相位同相。D1為整流二極管，D2為續(xù)流二極管，R1、C1、R2、C2為削尖峰電路。L1為續(xù)流電感，C4、L2、C5組成型濾波器。反激式整流電路：T1為開關(guān)變壓器，其初極和次極的相位相反。D1為整流二極管，R1、C1為削尖峰電路。L1為續(xù)流電感，R2為假負載，C4、L2、C5組成型濾波器。同步整流電路：&

17、#160;           工作原理：當變壓器次級上端為正時，電流經(jīng)C2、R5、R6、R7使Q2導通，電路構(gòu)成回路，Q2為整流管。Q1柵極由于處于反偏而截止。當變壓器次級下端為正時，電流經(jīng)C3、R4、R2使Q1導通，Q1為續(xù)流管。Q2柵極由于處于反偏而截止。L2為續(xù)流電感，C6、L1、C7組成型濾波器。R1、C1、R9、C4為削尖峰電路。穩(wěn)壓環(huán)路原理： 1、反饋電路原理圖：           

18、;  2、工作原理： 當輸出U0升高，經(jīng)取樣電阻R7、R8、R10、VR1分壓后，U1腳電壓升高，當其超過U1腳基準電壓后U1腳輸出高電平，使Q1導通，光耦OT1發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導通，UC3842腳電位相應變低，從而改變U1腳輸出占空比減小，U0降低。 當輸出U0降低時，U1腳電壓降低，當其低過U1腳基準電壓后U1腳輸出低電平，Q1不導通，光耦OT1發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管不導通，UC3842腳電位升高，從而改變U1腳輸出占空比增大，U0降低。周而復始，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。調(diào)節(jié)VR1可改變輸出電壓值。 大學排名  反饋環(huán)路是影響開關(guān)電源

19、穩(wěn)定性的重要電路。如反饋電阻電容錯、漏、虛焊等，會產(chǎn)生自激振蕩，故障現(xiàn)象為：波形異常，空、滿載振蕩，輸出電壓不穩(wěn)定等。六、短路保護電路： 1、在輸出端短路的情況下，PWM控制電路能夠把輸出電流限制在一個安全范圍內(nèi)，它可以用多種方法來實現(xiàn)限流電路，當功率限流在短路時不起作用時，只有另增設一部分電路。 2、短路保護電路通常有兩種，左圖是小功率短路保護電路，其原理簡述如下：                 

20、60;                        當輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦OT1不導通，UC3842腳電壓上升至5V左右，R1與R2的分壓超過TL431基準，使之導通，UC3842腳VCC電位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作后腳電位消失，TL431不導通UC3842腳電位上升，UC3842重新啟動，周而復始。當短路現(xiàn)象消失后，電路可以自動恢復成

21、正常工作狀態(tài)。  3、右圖是中功率短路保護電路，其原理簡述如下： 當輸出短路，UC3842腳電壓上升,U1 腳 電位高于腳時，比較器翻轉(zhuǎn)腳輸出高電位，給 C1充電，當C1兩端電壓超過腳基準電壓時 U1腳輸出低電位，UC3842腳低于1V，UCC3842 停止工作，輸出電壓為0V，周而復始，當短路 消失后電路正常工作。R2、C1是充放電時間常數(shù)， 阻值不對時短路保護不起作用。           &

22、#160;                             4、 左圖是常見的限流、短路保護電路。其工作原理簡述如下：                 

23、                            當輸出電路短路或過流，變壓器原邊電流增大，R3 兩端電壓降增大，腳電壓升高，UC3842腳輸出占空 比逐漸增大，腳電壓超過1V時，UC3842關(guān)閉無輸出。 5、右圖是用電流互感器取樣電流的保護電路，有 著功耗小，但成本高和電路較為復雜

24、，其工作原 理簡述如下： 輸出電路短路或電流過大，TR1次級線圈感 應的電壓就越高，當UC3842腳超過1伏，UC3842 停止工作，周而復始，當短路或過載消失，電路自行恢復。七、輸出端限流保護：                              &#

25、160;                             左圖是常見的輸出端限流保護電路，其工作原理簡述如下：          2013-05-30 01:39     

26、   導讀：如右圖，當Uo有過壓現(xiàn)象時， 穩(wěn)壓管擊穿導通，經(jīng)光耦（OT2） R6到地產(chǎn)生電流流過，光電耦合器 的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光電耦合 器的光敏三極管導通          如右圖，當Uo有過壓現(xiàn)象時， 穩(wěn)壓管擊穿導通，經(jīng)光耦（OT2） R6到地產(chǎn)生電流流過，光電耦合器 的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光電耦合 器的光敏三極管導通。Q1基極得電導通， 3842的腳電降低，使IC關(guān)閉，停止整個電源的工作，Uo為零，周而

27、復始，。 3、輸出限壓保護電路： 輸出限壓保護電路如下圖，當輸出電壓升高，穩(wěn)壓管導通光耦導通，Q1基極有驅(qū)動電壓而道通，UC3842電壓升高，輸出降低，穩(wěn)壓管不導通，UC3842電壓降低，輸出電壓升高。周而復始，輸出電壓將穩(wěn)定在一范圍內(nèi)（取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值）。      4、輸出過壓鎖死電路：                  圖A的工作原理是，當輸出電壓Uo升高，

28、穩(wěn)壓管導通，光耦導通，Q2基極得電導通，由于Q2的導通Q1基極電壓降低也導通，Vcc電壓經(jīng)R1、Q1、R2使Q2始終導通，UC3842腳始終是高電平而停止工作。在圖B中，UO升高U1腳電壓升高，腳輸出高電平，由于D1、R1的存在，U1腳始終輸出高電平Q1始終導通，UC3842腳始終是低電平而停止工作。    九、功率因數(shù)校正電路（PFC）：1、原理示意圖： 2、工作原理：      輸入電壓經(jīng)L1、L2、L3等組成的EMI濾波器，BRG1整流一路送PFC電感，另一路經(jīng)R1、R2分壓后送入PFC控制器作為輸

29、入電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號的占空比，即改變Q1的導通和關(guān)斷時間，穩(wěn)定PFC輸出電壓。L4是PFC電感，它在Q1導通時儲存能量，在Q1關(guān)斷時施放能量。D1是啟動二極管。D2是PFC整流二極管，C6、C7濾波。PFC電壓一路送后級電路，另一路經(jīng)R3、R4分壓后送入PFC控制器作為PFC輸出電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號的占空比，穩(wěn)定PFC輸出電壓。 （ 編輯整理）十、輸入過欠壓保護：原理圖： 工作原理： AC輸入和DC輸入的開關(guān)電源的輸入過欠壓保護原理大致相同。保護電路的取樣電壓均來自輸入濾波后的電壓。   取樣電壓分為兩路，一路經(jīng)R1、R2、R3、R4分

30、壓后輸入比較器3腳，如取樣電壓高于2腳基準電壓，比較器1腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)斷，電源無輸出。另一路經(jīng)R7、R8、R9、R10分壓后輸入比較器6腳，如取樣電壓低于5腳基準電壓，比較器7腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)斷，電源無輸出。十一、電池管理：電池管理原理圖：  虛線框A內(nèi)的零件組成電池啟動和關(guān)斷電路；虛線框B為電池充電線性穩(wěn)壓電路；虛線框C為電子開關(guān)電路；虛線框D為電池充電電流限制電路。電池啟動原理： 輸入電壓由INPUT和AGND端輸入，分為三路。第一路經(jīng)D7直接送后級和電池啟動、關(guān)斷電路。R28、R27、R26分壓后的電壓使U3導通（此電壓在設

31、計時已計算好了，正常工作時高于2.5V），光藕OT1導通。R25為U3提供工作電壓，R23、R24為光藕的限流及保護電阻。 光藕導通后電源經(jīng)R22、OT1、D9給Q4提供基極偏置電壓，Q4導通，R21為Q4的下偏置電阻。繼電器RLY1-A的線圈中有電流流過，繼電器觸點RLY1-B吸合，將電池BAT接入電路中。D4為阻止在Q4關(guān)斷時繼電器線圈產(chǎn)生的電動勢影響后級電路，D5為防止在Q4關(guān)斷時繼電器線圈產(chǎn)生的電動勢損壞Q4，將繼電器線圈產(chǎn)生的能量釋放。電池充電穩(wěn)壓原理： 在通電的初期，由于Q3沒有偏置而不導通，D3的正端無電壓。電源經(jīng)R1降壓Z1穩(wěn)壓后給U1和U2提供工作電壓。R2、U1組成基準電壓，R13、R4、R5、R6、VR1組成電池電壓檢測電路，當U2腳檢測電壓低于腳電壓時，其腳輸出高電平，經(jīng)R14給Q2提供偏置電壓，Q2導通、Q3也跟著導通，電源經(jīng)Q3、D3、繼電器觸點RLY1-B、F1給電池BAT充電。  當U2腳檢測電壓高于腳電壓時，其腳輸出低電平，Q2失去偏置電壓而截止，Q3截止，D3的正端無電壓，其負極電壓下降，U2腳檢測電壓也跟著下降，當U2