版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶(hù)提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作辛云宏2007國(guó)賽:設(shè)計(jì)并制作如下圖所示的
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。在電阻負(fù)載條件下,使電源滿(mǎn)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%(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);具有過(guò)流保護(hù)功能,動(dòng)作電流IO(th)=2.5±0.2A;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,使效率≥85%(U2=18V,UO=36V,IO=2A);排除過(guò)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(pán)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(cè)量和數(shù)字顯示功能。電源簡(jiǎn)介由于線性調(diào)節(jié)器式直流穩(wěn)壓電源,存在諸多缺點(diǎn),如體積大,很難小型化、損耗大、效率低、輸出與輸入之間有公共端,不易實(shí)現(xiàn)隔離,只能降壓,不能升壓,很難在輸出大于5A的場(chǎng)合應(yīng)用。因此開(kāi)關(guān)電源得到廣泛利用,凡采用半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件作為開(kāi)關(guān)管,通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)管的高頻開(kāi)通與關(guān)斷控制,將一種電能形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種電能形態(tài)的裝置,叫做開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。以開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器為主要組成部分,用閉環(huán)自動(dòng)控制來(lái)穩(wěn)定輸出電壓,并在電路中加入保護(hù)環(huán)節(jié)的電源,叫做開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源組要組成部分是DC-DC功率變換器,因?yàn)樗寝D(zhuǎn)換的核心。高頻開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。分類(lèi)多,應(yīng)用廣。開(kāi)關(guān)電源參數(shù)有額定輸出電壓、額定輸出電流、輸出電壓的穩(wěn)定范圍,輸出電流的變化范圍和輸出電壓的紋波。開(kāi)關(guān)電源應(yīng)具有輸出過(guò)壓、欠壓、過(guò)流和過(guò)熱保護(hù)功能,還應(yīng)具有較高的電能轉(zhuǎn)換效率、低的轉(zhuǎn)換損耗、低的噪聲、好的電磁兼容和絕緣性等。直流電源(DC/DC)變換器按其輸入與輸出是否進(jìn)行電氣上隔離,可分非隔離式變換器電路和隔離式變換器電路。兩者除了均有變壓功能外,后者還有輸入電量與輸出電量在電氣上的隔離,以滿(mǎn)足某些場(chǎng)合的需要。在非隔離式變換器中,有降壓型變換器、升壓型變換器、電壓極性反轉(zhuǎn)型變換器的電路結(jié)構(gòu)。在隔離式變換器中,應(yīng)用雙極型晶體管作為開(kāi)關(guān)且開(kāi)關(guān)管自身起著振蕩元器件作為的自激式變換器與他激PWM變換器。自激式變換器主要是RCC變換器和Reyer變換器,他激式變換器主要有單端反激式、單端正激式、推挽、半橋、全橋變換電路結(jié)構(gòu)。非隔離式變換器——降壓型(Buck)變換器降壓型(Buck)變換器原圖降壓型(Buck)變換器將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成脈沖電壓,再將脈沖電壓經(jīng)LC濾波轉(zhuǎn)換成直流電壓。輸入電壓Uin是未經(jīng)穩(wěn)壓直流電壓;晶體VT1為調(diào)整管,即開(kāi)關(guān)管UB為矩形波是控制開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài);電感L與電容C組成濾波電路,而VD1為續(xù)流二極管。a)VT1導(dǎo)通等效電路圖(b)VT1關(guān)斷等效電路圖(c)VT1關(guān)斷后電流為零等效電路圖降壓型變換器有兩種基本工作方式,一種是電感電流處于連續(xù)的工作模式;一種是電感電流處于斷續(xù)的工作模式,還有一種是電感電流處于臨界連續(xù)模式;非隔離式變換器——升壓型(Boost)變換器主電路由串聯(lián)在回路中的儲(chǔ)能電感L1,開(kāi)關(guān)管VT1及整流二極管VD1、濾波電容C1。它是一種可以獲得輸出電壓高于輸入電壓的DC—DC變換器。升壓型(Boost)變換器原理圖有兩種基本工作方式:電感電流連續(xù)工作模式和電感電流斷續(xù)工作模式。(c)T1
關(guān)斷電感電流為零(a)VT1導(dǎo)通等效電路(b)VT1
截止等效電路非隔離式變換器——極性反轉(zhuǎn)型(Buck—Boost)變換器主電路所用元器件與Buck、Boost變換器相同,由開(kāi)關(guān)管VT1、儲(chǔ)能電感L1、整流二極管VD1及濾波電容C1等元器件組成。這種電路具有Buck變換器降壓與Boost變換器升壓的雙重作用。升壓還是降壓取決于PWM驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比D.極性反轉(zhuǎn)型(Buck—Boost)變換器原理圖
(c)VT1關(guān)斷時(shí)電感電流為0效電路圖(b)VT1截止等效電圖(a)VT1導(dǎo)通等效電路圖
非隔離式變換器——Cuk變換器
Cuk變換器是Buck—Boost串聯(lián)變換器它是針對(duì)Buck—Boost升降壓變換器存在輸入電流和輸出電流脈動(dòng)值大的缺點(diǎn)。主要電路如下圖所示,它由開(kāi)關(guān)管VT1、儲(chǔ)能電容器C1、輸入儲(chǔ)能電感L1、輸出儲(chǔ)能電感L2、續(xù)流二極管VD1及輸出濾波電容器C2等元器件組成,開(kāi)關(guān)管VT1由PWM驅(qū)動(dòng)電路控制的,二極管VD1將輸入回路和輸出回路分開(kāi),左半部分是輸入回路,右半部分是輸出回路。
Cuk變換器原理圖
(b)VT1截止等效電路圖(a)VT1導(dǎo)通等效電路
(c)電流斷續(xù)等效電路圖芯片介紹
MC34063,AZ34063TheAZ34063AisamonolithicswitchingregulatorcontrolcircuitwhichcontainstheprimaryfunctionsrequiredforDC-DCconverters.Thisdeviceconsistsofinternaltemperaturecompensatedreference,voltagecomparator,controlleddutycycleoscillatorwithactivecurrentlimitcircuit,driverandhighcurrentoutputswitch.TheAZ34063AisspecificallydesignedasageneralDC-DCconvertertobeusedinStep-Down,Step-UpandVoltage-Invertingapplicationswithaminimumnumberofexternalcomponents.TheAZ34063Aisavailablein2packages:SOIC-8andDIP-8.Features?Operationfrom3.0Vto36VInput?LowStandbyCurrent?CurrentLimiting?OutputSwitchCurrentto1.5A?OutputVoltageAdjustable?OperationFrequencyupto180KHz?Precision2%Reference隔離式變換器——推挽變換器
推挽變換器是一種相當(dāng)兩個(gè)正激變換器的組合。它由逆變器(DC-AC)和高頻整流濾波電路(AC-DC)兩部分主電路及控制驅(qū)動(dòng)電路組成。推挽變換器電路原理圖如下:推挽變換器原理圖推挽式升壓原理:
根據(jù)變壓器得變壓比:變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2,N1為初級(jí),N2為次級(jí),在初級(jí)線圈上加一交流電壓,在次級(jí)線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),當(dāng)N2>N1時(shí),其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加得電壓還要高,這種變壓器稱(chēng)為升壓變壓器;當(dāng)N2<N1時(shí),為降壓變壓器。這種電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu),脈沖變壓器原邊是兩個(gè)對(duì)稱(chēng)線圈,兩只開(kāi)關(guān)管接成對(duì)稱(chēng)關(guān)系,輪流通斷。優(yōu)點(diǎn):高頻變壓器磁芯利用率高、輸出功率大、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單….DC-DC變換器的實(shí)際電路結(jié)構(gòu)器件的選擇:控制芯片:KA3525,SG3525,TL494開(kāi)關(guān)管:
IRF640,IFR540系列MOS場(chǎng)效應(yīng)管;IRF640,18A,200V,Rds(on)=0.180歐,所以不會(huì)擊穿同時(shí)導(dǎo)通損耗也比較小。
選用臺(tái)灣KA3525PWM調(diào)變IC來(lái)作此推挽式轉(zhuǎn)換的控制IC,此IC具有振蕩器,利用改變RT與CT之值,就可以設(shè)定PWM的切換頻率;此外尚有兩組PWM輸出、軟啟動(dòng)及完全截止的功能。KA3525采用電壓模式控制方法。占空比為0-100%,考慮到死區(qū)時(shí)間,最大占空比通常為90-95%。其采用分頻器,可以得到兩路互補(bǔ)的占空比分別為0-50%的PWM信號(hào),同樣,考慮到死區(qū)時(shí)間的存在,最大占空比通常為45%-47.5%。這樣的PWM信號(hào)試用于半橋、全橋、推挽等雙端電路的控制。KA3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳功能…。軟啟動(dòng):
由于次級(jí)通常有大濾波電容,所以開(kāi)關(guān)電源在啟動(dòng)時(shí)不以額定功率啟動(dòng),否則相當(dāng)于短路。因此,只能小電流充滿(mǎn)大濾波電容以后再正常工作。這就是軟啟動(dòng)。KA3525自帶軟啟動(dòng)功能,在第8腳處接5uF電容,充電完成后再振蕩。設(shè)定開(kāi)關(guān)管工作頻率為50KHz,初級(jí)采用抽頭的形式根據(jù)法拉第定律,取原線圈為4匝+4匝。設(shè)原邊最小輸入電壓為16V,副邊最大輸出電壓為42V,所以原副匝比2:6,副線圈為12匝。實(shí)際上由于繞制變壓器工藝的限制,我們的變壓器的原邊線圈是以繞滿(mǎn)一層為止,前提是匝數(shù)不小于4,副線圈的匝數(shù)按匝數(shù)比來(lái)繞制.骨架的選擇應(yīng)選用高頻變壓器骨架,目前常使用的有金屬錳鋅鎂銅等,繞制時(shí)應(yīng)使初、次級(jí)線圈緊密地耦合在一起,這樣可以減少變壓器漏感,因?yàn)槿绻└羞^(guò)大,將會(huì)造成較大的尖峰脈沖,從而擊穿開(kāi)關(guān)管。因此在繞制高頻變壓器線圈時(shí),應(yīng)盡量使初、次級(jí)線圈之間的距離近些。漆包線線徑的選擇,要使電流大,那么線徑要大,但過(guò)大會(huì)產(chǎn)生趨膚效應(yīng),使電流減小。所以可以多組并繞。包膠帶變壓器設(shè)計(jì)繞制前級(jí)電路設(shè)定與穩(wěn)壓開(kāi)環(huán)穩(wěn)壓通過(guò)改變輸出PWM波的占空比,來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大??;在實(shí)際電路中,DA設(shè)定值接在誤差放大器的同相輸入端上,設(shè)定輸出電壓,輸出電壓的采樣電壓加在誤差放大器的反相輸入端上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí),誤差放大器的輸出將減小,這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長(zhǎng),PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng),因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短,從而使輸出電壓回落到額定值,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。
緩沖電路輸出電壓有較大尖峰,這是由于開(kāi)關(guān)管的高頻開(kāi)關(guān)造成的,尤其是關(guān)斷時(shí),由于電路有寄生電感,瞬間電路的切斷會(huì)在電感兩端出現(xiàn)沖擊電壓,因此對(duì)開(kāi)關(guān)管加緩沖電路,并上R、C改善關(guān)斷性能。驅(qū)動(dòng)問(wèn)題后級(jí)電路輸出為全橋整流,四個(gè)整流二極管均并上R、C,因?yàn)楫?dāng)輸入停止的時(shí)候,會(huì)有反動(dòng)電動(dòng)勢(shì);在輸出端接上加假負(fù)載,如圖R19和R20組成。因?yàn)樨?fù)載開(kāi)路時(shí),輸入電感照常周期性地不斷儲(chǔ)能和釋放能量,而能量沒(méi)有被負(fù)載消耗,電容將持續(xù)升高即多余的能量都存儲(chǔ)到電容極板間,很快導(dǎo)致電容擊穿。因此接上假負(fù)載,也就說(shuō),當(dāng)檢測(cè)到電源處于空載轉(zhuǎn)態(tài)時(shí),自動(dòng)投入一個(gè)輕負(fù)載,這個(gè)負(fù)載電阻值較大,即能維持輸出電壓為給定值、本身功率損耗又較小。過(guò)流保護(hù)電路
當(dāng)電路輸出電流過(guò)大,或者負(fù)載短路時(shí),將對(duì)負(fù)載造成傷害,因此過(guò)流保護(hù)是必須的。
我們把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)放大后,經(jīng)電壓比較器比較。其中采樣電阻為康銅絲或大功率低阻值電阻,所采集的電流信號(hào)經(jīng)放大后,輸出比較器的同相輸入端,當(dāng)負(fù)載過(guò)流時(shí)候,比較器輸出高電平。Shutdown(引腳10)上的信號(hào)為高電平,PWM瑣存器將立即動(dòng)作,禁止KA3525的輸出,對(duì)電路及負(fù)載起了保護(hù)作用,同時(shí),軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。如果該高電平持續(xù),軟啟動(dòng)電容將充分放電,直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束,才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程。
過(guò)流保護(hù)電路注意:在每個(gè)模塊都能正常工作的情況下,整機(jī)連調(diào)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)“共地”問(wèn)題,導(dǎo)致整機(jī)會(huì)有一個(gè)100Hz的工頻干擾。改進(jìn)措施是系統(tǒng)地線不能出現(xiàn)環(huán)路,所有地線
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶(hù)所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶(hù)上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶(hù)上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶(hù)因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2025屆安徽省淮南一中高考英語(yǔ)倒計(jì)時(shí)模擬卷含解析
- 《人的正確思想是從哪里來(lái)的?》課件 2023-2024學(xué)年統(tǒng)編版高中語(yǔ)文選擇性必修中冊(cè)
- 2025屆吉林省延邊高三第三次模擬考試數(shù)學(xué)試卷含解析
- 湖北省襄州一中棗陽(yáng)一中等四校2025屆高考仿真卷英語(yǔ)試題含解析
- 云南省楚雄市古城二中2025屆高考適應(yīng)性考試語(yǔ)文試卷含解析
- 2025屆廣東省汕頭市六都中學(xué)高三最后一卷語(yǔ)文試卷含解析
- 專(zhuān)題02 單項(xiàng)選擇(同義替換)50題(原卷版)-2024-2025學(xué)年七年級(jí)英語(yǔ)上學(xué)期期末名校真題進(jìn)階練(深圳專(zhuān)用)
- 吉林省延邊二中2025屆高考考前提分?jǐn)?shù)學(xué)仿真卷含解析
- 浙江省溫州市示范名校2025屆高三第三次測(cè)評(píng)語(yǔ)文試卷含解析
- 2025屆山東省濟(jì)南市外國(guó)語(yǔ)學(xué)校高考仿真卷語(yǔ)文試題含解析
- 1神州謠 課件(共50張PPT)
- 國(guó)家開(kāi)放大學(xué)思想道德與法治社會(huì)實(shí)踐作業(yè)集合6篇
- 小學(xué)侵害未成年人強(qiáng)制報(bào)告制度
- 2023年飛行員基礎(chǔ)知識(shí)考試題庫(kù)(500題版)
- 公租房運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)投標(biāo)方案
- 能源管理系統(tǒng)EMS用戶(hù)需求說(shuō)明書(shū)
- 人工智能對(duì)中學(xué)教學(xué)的影響與應(yīng)對(duì)策略
- 2668-人員招聘與培訓(xùn)實(shí)務(wù)
- 閉合導(dǎo)線自動(dòng)計(jì)算表
- 股權(quán)投資基金(有限合伙)設(shè)立、投資及退出交易安排法律意見(jiàn)書(shū)
- 分管學(xué)校安全、德育、后勤等業(yè)務(wù)副校長(zhǎng)述職報(bào)告
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論