開關(guān)穩(wěn)壓電源支娜

開關(guān)穩(wěn)壓電源西安理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院三電中心支娜內(nèi)容提要題目分析1方案選擇2參數(shù)計(jì)算與器件選擇3控制方案4其他5題目分析開關(guān)電源是具有最高功率密度的電源，按變換方式可分為下列四大類：（1）第一大類：AC/DC開關(guān)電源；（2）第二大類：DC/DC開關(guān)電源；（3）第三大類：DC/AC開關(guān)電源；（4）第四大類：AC/AC開關(guān)電源。但目前只將前兩類稱為開關(guān)電源，而將后兩類分別稱為逆變器和變頻器。題目分析一、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作如圖所示的開關(guān)穩(wěn)壓電源。二、要求在電阻負(fù)載條件下，使電源滿足下述要求：1．基本要求輸出電壓UO可調(diào)范圍：30V～36V；最大輸出電流IOmax：2A；U2從15V變到21V時(shí)，電壓調(diào)整率SU≤2%(UO=36V,IO=2A)IO從0變到2A時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI≤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）；（Po/Pin）具有過流保護(hù)功能，動(dòng)作電流IO=2.5±0.2AU2在指定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓UO的變化率IO在指定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓UO的變化率題目分析2．發(fā)揮部分進(jìn)一步提高電壓調(diào)整率，使SU≤0.2%（IO=2A）；進(jìn)一步提高負(fù)載調(diào)整率，使SI≤0.5%（U2=18V）；進(jìn)一步提高效率，使≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）排除過流故障后，電源能自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)；能對(duì)輸出電壓進(jìn)行鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)值1V，同時(shí)具有輸出電壓、電流的測量和數(shù)字顯示功能。三、說明DC-DC變換器不允許使用成品模塊，但可使用開關(guān)電源控制芯片。U2可通過交流調(diào)壓器改變U1來調(diào)整。DC-DC變換器（含控制電路）只能由UIN端口供電，不得另加輔助電源。本題中的輸出噪聲紋波電壓是指輸出電壓中的所有非直流成分，要求用帶寬不小于20MHz模擬示波器（AC耦合、掃描速度20ms/div）測量UOPP。

項(xiàng)目應(yīng)包括的主要內(nèi)容或考核要點(diǎn)滿分設(shè)計(jì)報(bào)告方案論證DC-DC主回路拓?fù)?；控制方法及?shí)現(xiàn)方案；提高效率的方法及實(shí)現(xiàn)方案8電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算主回路器件的選擇及參數(shù)計(jì)算；控制電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算；效率的分析及計(jì)算；保護(hù)電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算；數(shù)字設(shè)定及顯示電路的設(shè)計(jì)20測試方法與數(shù)據(jù)測試方法；測試儀器；測試數(shù)據(jù)(著重考查方法和儀器選擇的正確性以及數(shù)據(jù)是否全面、準(zhǔn)確)10測試結(jié)果分析與設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生偏差的原因，并提出改進(jìn)方法5電路圖及設(shè)計(jì)文件重點(diǎn)考查完整性、規(guī)范性7總分50基本要求實(shí)際制作完成情況50題目分析電路選擇題目要求:輸出電壓UO可調(diào)范圍：30V～36V；最大輸出電流IOmax：2A；保護(hù)功能U2=15~21V

UIN=(1.2)U2=18-26V輸出電壓范圍30-36V，升壓1.15~2倍Boost升壓電路Boost升壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

開關(guān)的開通和關(guān)斷受外部PWM信號(hào)控制，電感L將交替地存儲(chǔ)和釋放能量，電感L儲(chǔ)能后使電壓泵升，而電容C可將輸出電壓保持住，輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為UO=(ton+toff)，通過改變PWM控制信號(hào)的占空比可以相應(yīng)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的變化。該電路采取直接直流變流的方式實(shí)現(xiàn)升壓，電路結(jié)構(gòu)較為簡單，損耗較小，效率較高。電路選擇理想情況實(shí)際情況電路選擇1、變壓器選擇估算變壓器容量參數(shù)計(jì)算與器件選擇參數(shù)計(jì)算與器件選擇2、整流濾波電路整流電路通常采用橋式整流，二極管的選擇需考慮最大整流電流和最大反向電壓。整流二極管最常用的型號(hào)：1N4001~4007。也可使用整流橋堆。濾波電容在選擇時(shí)，電容越小輸出紋波越大，電容越大二極管沖擊電流過大，綜合考慮這兩個(gè)因素來選擇濾波電容（一般為幾十到幾百uF左右），通常需要并聯(lián)一個(gè)容量較小的電容。優(yōu)點(diǎn):簡單易行，輸出電壓平均值高。缺點(diǎn):會(huì)減小整流二極管的導(dǎo)通角，造成功率因數(shù)降低，要用較大容量的整流二極管為了降低紋波，采用LC低通濾波器，取截止頻率fL=200Hz，電容470μF代入得L=215.80μH，取220μH參數(shù)計(jì)算與器件選擇參數(shù)計(jì)算與器件選擇2、Boost變換器占空比D的計(jì)算本文選擇導(dǎo)通電阻小的IRF540作為開關(guān)管其導(dǎo)通電阻為77mΩ（VGS=10V,ID=17A）。IRF540擊穿電壓VDSS為55V

，漏極電流最大值為28A（VGS=10V，25°C），允許最大管耗PCM可達(dá)50W

電力晶體管（GTR）耐壓高、工作頻率較低、開關(guān)損耗大；電力場效應(yīng)管（PowerMOSFET）開關(guān)損耗小、工作頻率較高。從工作頻率和降低損耗的角度考慮，選擇電力場效應(yīng)管作為開關(guān)管。開關(guān)頻率的提高，可以降低變換器的體積和重量同時(shí)導(dǎo)致變換器的損耗增加。一般選擇20kHz。開關(guān)管的選擇參數(shù)計(jì)算與器件選擇電感選擇電容的選擇m是脈動(dòng)電流與平均電流之比取為0.25，開關(guān)頻率f=20kHz,輸出電壓為36V時(shí)，LB=527.48μH，取530μH。ΔUO為負(fù)載電壓變化量，取20mV,f=20kHz,UO=36V時(shí),CB=1465μF,取為2000μF，實(shí)際電路中用多只電容并聯(lián)實(shí)現(xiàn)，減小電容的串聯(lián)等效電阻（ESR），起到減小輸出電壓紋波的作用，更好地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。參數(shù)計(jì)算與器件選擇選擇ESAD85M-009型肖特基二極管，其導(dǎo)通壓降小，通過1A電流時(shí)僅為0.35V，并且恢復(fù)時(shí)間短。實(shí)際使用時(shí)為降低導(dǎo)通壓降將兩個(gè)肖特基二極管并聯(lián)。二極管的選擇參數(shù)計(jì)算與器件選擇tVitVktVoTONT控制方案控制方案方案一

利用PWM專用芯片產(chǎn)生PWM控制信號(hào)。此法較易實(shí)現(xiàn)，工作較穩(wěn)定，但不易實(shí)現(xiàn)輸出電壓的鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整。（UC384X、TL494、KA3525等）方案二

利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM控制信號(hào)。讓單片機(jī)根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)PWM信號(hào)做出相應(yīng)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。這種方案實(shí)現(xiàn)起來較為靈活，可以通過調(diào)試針對(duì)本身系統(tǒng)做出配套的優(yōu)化。但是系統(tǒng)調(diào)試比較復(fù)雜。UC3842UC3842是美國Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；③腳為電流檢測輸入端，當(dāng)檢測電壓超過1V時(shí)縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；④腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定f=1.8/(RT×CT)；⑤腳為公共地端；⑥腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns驅(qū)動(dòng)能力為±1A；⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；⑧腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA的負(fù)載能力?？刂品桨缚刂品桨竼纹瑱C(jī)根據(jù)電壓的設(shè)定值和電壓反饋信號(hào)調(diào)整PWM控制信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，同時(shí)，單片機(jī)與采樣電路相結(jié)合，將為系統(tǒng)提供過流保護(hù)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)等措施，并實(shí)現(xiàn)輸出電壓、輸出電流和輸入電壓的測量和顯示。PWM信號(hào)占空比

當(dāng)U2=15V，UO=36V時(shí)，UIN=1.2*U2-2V=16V，最大值DMAX=0.556；當(dāng)U2=21V，UO=30V時(shí)，UIN=1.4*U2