ac-dc开关电源设计--毕业设计

ac-dc开关电源设计--毕业设计内容摘要：

IL－ S－ 19500标准 B－ 1以上质量等级的军品。 ⑦ 设计时尽量少用 继 电器 ，确有必要时应选用接触良好的密封继电器。 ⑧ 原则上不选用电位器，必须保留的应进行固封处理。 ⑨ 吸收电容器与开关管和输出整流管的距离应当很近，因流过高频电流，故易升温，所以要求这些电容器具有高频低损耗和耐高温的特性。 （ 4)损耗问题 损耗引起的元器件失效取决于工作时间的长短，与工作应力无关。 铝电解电容长期在高频下工作会使电解液逐渐损失，同时容量亦同步下降，当电解 液损失 40％时，容量下降 20％；电解液损失 0％时，容量下降 40％，此时电容器芯子已基本干涸，不能再予使用。 为防止发生故障，一般情况下应在图纸上标明铝电解电容器更换的时间，到期强迫更换。 保护电路的设置 为使电源能在各种恶劣环境下可靠地工作，应设置多种保护电路，如防浪涌冲击、 过压、欠压、过载、短路、过热等保护电路。 设计（论文）用纸 第 10 页 电磁兼容性 (EMC)设计 开关电源因采用脉冲宽度调制 (PWM)技术，其脉冲波形呈矩形，上升沿与下降沿均包含大量的谐波成分，另外输出整流管的反向恢复也会产 生电磁干扰 (EMI)，这是影响可靠性的不利因素，因而使电磁兼容性成为系统的重要问题。 产生电磁干扰有三个必要条件：干扰源、传输介质、敏感的接收单元， EMC设计就是破坏这三个条件中的一个。 良好的布局和布线技术也是控制噪声的一个重要手段。 为减少噪声的发生和防止由噪声导致的误动作，应注意以下几点： ① 尽量缩小由高频脉冲电流所包围的面积。 ② 缓冲电路尽量贴近开关管和输出整流二极管。 ③ 脉冲电流流过的区域远离输入输出 端子 ，使噪声源和出口分离。 ④ 控制电路和功率电路分开，采用单点接地方式，大面积接地容易引起天线 作用，所以建议不要采用大面积接地方式。 ⑤ 必要时可以将输出滤波电感安置在地回路上。 ⑥ 采用多只低 ESR（等效串联电阻）的电容并联滤波。 ⑦ 采用铜箔进行低感低阻配线。 ⑧ 相邻印制线之间不应有过长的平行线，走线尽 量避免平行，采用垂直交叉方式，线宽不要突变，也不要突然拐角。 禁止环形走线。 ⑨ 滤波器的输入和输出线必须分开。 禁止将开关电源的输入线和输出线捆扎在一起。 安全性设计 对于电源而言，安全性历来被确定为最重要的性能之一，不安全的产品不但不能完成规定的功能，而且还有可能发生严重事故，造成机毁人亡的巨大损失。 为保证产品具有相当高的安全性，必须进行安全性设计。 电源产品安全性设计的内容主要是防止触电和烧伤。 三防设计 三防设计是指防潮设计、防盐雾设计和防霉菌设计。 设计（论文）用纸 第 11 页 第二章 开关电源 自 激串联调宽式开关电源 自激串联调宽式开关电源主要由脉冲变压器，开关管、 RC定时电路和启动电路等组成。 如图所示。 T1为脉冲变压器， C1 为滤波电容， VD1为续流二极管。 该开关电源的脉冲变压器 T1串联在电源输入电压 U与主负载电压 +B 电路之中，同时取样电压直接取自负载两端，开关管串接在输入电路和输出电路之间。 当脉冲调宽电路输出正脉冲时， V1 饱和导通，输入电压 U经 V T1给负载 RL供电，同时对 C1 充电。 在 V1 导通时，整流后的直流电流向转换磁能的变压器供电，将转换的磁能储存在变压器中。 当脉冲调宽电路 输出的正脉冲消失之后， V1 截止， U1 不能加到 T1 上，此时 T1产生的电动势维持它不变，释放储存的磁能，转变为电流流过 RL，通过续流二极管VD1 构成回路。 从取样、比较放大和基准电压电路取出一个反映出 +B 电压大小的控制电压，加到脉宽电路，用来控制脉冲宽度。 当 +B 电压增高时，使脉冲变窄， V1 导通时间缩短，+B 电压降低，当 +B 电压减小时使脉冲变宽， V1 导通时间增长， +B电压增大，从而达到输出稳定的 +B 电压的目的。 脉 冲 调 宽行 逆 程 脉 冲取 样电 路基 准 电 压VV D 1T 1C 1+ BU i 图 21 自激串联调宽式开关电源结构图 设计（论文）用纸 第 12 页 串联型 开关 稳压电 源 基本调整管电路 稳压管稳压电路，负载电流最大变化范围等于稳压管的最大稳定电流和最小稳定电流之差，即（ IZMIZ）。 扩大负载电流的最简单方法是：利用晶体管的电流放大作用，将稳压管稳定电路的输出电流放大后，再作为负载电流。 电路采用射极输出形式，因而引入了电压负反馈，可以稳定输出电压。 调整管：晶体管的调节作用使 UO稳定，晶体管称为调整管。 要使调整管起到调整作用，必须使它工作在放大状态。 串联稳压电源：由于调整管与负载相串联，故称这类电路为串联型稳压电源。 线 性稳压电源：由于调整管工作在线性区，故称这类电路为线性稳压电源。 2..2..2 具有放大环节的串联稳压电路 1 电路构成 基本调整管稳压电路的输出电压不可调，且输出电压因 UBE的变化而变，稳定性较差。 为了使输出电压可调，加深电压负反馈，可在基本调整管稳压电路的基础上引入放大环节。 电路由调整管、基准电压电路、取样电路和比较放大电路组成。 2 稳压原理 电网电压波动（或负载电阻的变化）使输出电压 UO上升时，取样电压 UN增大，由于稳压管的电压 UZ不变，运放的输入电压 UNP(=UNUP=UNUZ)增大，使 A的输出减小（即调整管的基极电位降低），而使调整管 T 的 ce压降低增大，从而调节输出电压UO（ =UIUce）减小。 使输出电压得到稳定。 可见，电路是靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压。 3 输出电压的可调范围 当电位器 R2的滑动端在最上端时，输出电压最小为 （ ） 当电位器 R2的滑动端在最下端时，输出电压最大为 （ 22） 若 R1=R2=R3=300Ω， UZ=6V，则输出电压 9V≤ UO≤ 18V。 4 调整管的选择 设计（论文）用纸 第 13 页 在串联型稳压电路中，调整管是核心元件，它的安全工作是电路正常工作的保证。 调整管一般为大功率管，因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极限参数 ICM、 U（ BR） CEO和 PCM 1) ICM的选取 调整管中流过的最大集电极电流为 ICmax=ILmax+I R1 (23) 其中 ILmax为负载电流最大额定值， IR1 为取样、比较放大和基准环节所消耗的电流，通常 R1上的电流可忽略，所以 ICMILmax ( 24) 2)击穿电压的选取 当电网电压波动177。 10%时，稳压电路输入电压 UI到最大值 UImax，同时输出电压又最低时，调整管承受的管压降最大，所以要求调整管击穿电压为 U（ BR） CEO UImax UOmin (25) 3)功率 PCM 的选取 调整管可能承受的最大集电极功耗为 PCmax=UCEmax ICmax=（ UImax UOmin） ICmax (26) UImax是考虑到电网电压波动177。 10%时，稳压电路输入电压的最大值， UOmin是输出电压的最小额定值。 所以要求 PCM (UImax UOmin)ILmax 串联型稳压电路的方框图 根据分析，实用的串联型稳压电源至少包含调整管、基准电压电路、取样电路和比放大电路四个部分。 调 整 管保 护电 路 取样电路比 较 放 大器基 准 电 压电 路U 1U 2 并联开关稳压电源 自激并联调频式开关电源工作原理 激并联调频式开关电源电路如图所示。 V V2 构成脉冲调制电路，脉冲变压器T 的 1端产生感应电动势加到 R C R4组成的积分电路，将图中正极性矩形脉冲变设计（论文）用纸 第 14 页 成尖顶向下的尖顶脉冲，到 V1 的基极，经 V1 放大后，从其集电极输出尖顶脉冲向上的脉冲，再加到 V1 的基极，从发射极输出。 由于发射极的射随作用， V2 发射极也输出同 V1 集电极相同的脉冲波形，该脉冲信号加到开关管的基极，当尖峰脉冲出现时，开关管 导通，当尖峰脉冲消失时，开关管截止，因此，自激并联调频式开关电源的电压输出大小也是由开关管导通时间的长短开决定的，而开关管导通时间的长短有时又尖峰脉冲出现的频率来决定。 故称作调频式开关电源。 开 关 管V 2TC 2R 1R 2C 2R 4R 3V 1 图 25 自激并联调宽式开关电源工作原理 自激并联调宽式开关电源时目前电视机中应用最多的一种电源，其电路 如图所示，它时通过在开关电源的输入电路与负载电路之间串人脉冲变压器，将开关管串联在脉冲变压器的二次侧，利用逆程脉冲触发开关管的基极或栅极，使开关管的 周期斌率不变，通过取样信号来调制开关管的导通和截止时间。 脉 冲 调 宽取 样 电 路比 较 放 大其 准 电 压行 逆 程 脉 冲T 1V T 1U iC 1R L 图 图中 V1 为开关管， T1为脉冲变压器， C1 为滤波电容， VD1 为续流二极管。 RL为负载，由于该电路没有专门设置振荡器，而是由开关管与脉冲变压器自身构成一个自激振荡器，产生开关管导通电压，开关管工作后，行扫描电路启动工作，产生行逆程脉冲，由行逆程脉冲触发开关管，使开关管导通和截止。 该电源采用调宽方式来调制开关管的导通和截止时间，即保持开关管导通和截 止一个周期的总时间不变，而通过调宽电路改变脉冲的宽度，来改变开关管的导通和截设计（论文）用纸 第 15 页 止时间，当开关管导通时，由滤波电容向负载供电。 当开关管截止时，由脉冲变压器储存的磁能向主滤波电容和负载供电。 从图中可以看出，电源中的开关管与脉冲变压器并联在输入电路与负载电路之间，其取样电压来自负载两端，通过取样电路，从负载电路电压中取出一个反映输出电压+B变化规律的控制电压，加到脉冲调宽电路。 对开关管在一个周期内的导通和截止时间经行调制，通过改变开关管的导通和截止时间，从而使脉冲变压器二次输出稳定的交流电压 . 联多路控制式开关电源工作原理 自激并联多路控制式开关电源时目前使用比较广泛且有一定的代表的典型电路之一。 该类开关电源是一种由分立元件组成的多环路控制自激 并联开关电源。 它在传统开关电源的基础上进行了技术改进，扩展了使用功能，可输入 90~280V交流电压，输出 127~396V的大范围直流电压。 该开关电源在传统开关电源基础上的主要技术改进有以下两点： （ 1）将传统开关电源中的一路自激振荡系统扩展为二路正反馈电路的自激振荡系统。 由于采用基极定时的振荡电路利用反馈电压对定时电容充电的电流，限制了维持饱和导通的开 关稳压电源电路的稳压范围只能在 180~240V内变化，因此在电压低于150V时，整流后的直流电压仅为 175V左右，其反馈绕组产生的感应电动势也会降低，在这种情况下，采用调整压控电阻器来增大充电阻值，延长充电时间常数，增加开关管导通时间，提高占空比，从理论上讲可以使输出电压不变。 但实际上，维持开关管饱和导通的充电电流会使感应电动势降低，充电阻值增加而减小，导致开关管出现欠饱和导通状态，难以维持输出电压的稳定。 8SV1 TVRC79 图 27 自激振荡系统 扩展为二路正反馈电路的自激振荡系统如图 212 所示，其电路工作原。