【正文】 17 濾波電路設(shè)計 ...................................................................................... 18 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 II 第 5 章 組裝與調(diào)試 ........................................................................................... 19 開關(guān)電源的組裝 .................................................................................. 19 開關(guān)電源的調(diào)試 .................................................................................. 19 總結(jié) ...................................................................................................................... 20 致謝 ...................................................................................................................... 21 參考文獻 .............................................................................................................. 22 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 開關(guān)電源基礎(chǔ)技術(shù) 開關(guān)電源概述 開關(guān)電源的工作原理 開關(guān)電源的工作原理圖如圖 11所示；圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓 Ui經(jīng)開關(guān) S加至輸出端， S 為受控開關(guān)，是一個受開關(guān) 脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管。使開關(guān) S 按要求改變導通或斷開時間，就能把輸入的直流電壓 Ui變成矩形脈沖電壓。這個脈沖電壓經(jīng)濾波電路進行平滑濾波就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓 U0。 U iSU i0T O N U 0t0t0( b )V( a )U 0 圖 11 開關(guān)電源的工作原理 (a)為原理性電路圖， (b)為波形圖 為方便分析開關(guān)電路，定義脈沖占空比如下： TTD ON? (11) 式中 T 表示開關(guān) S的開關(guān)重復周期； TON表示開關(guān) S在一個 開關(guān)周期中的導通時間。 開關(guān)電源直流輸出電壓 U0與輸入電壓 Ui之間有如下關(guān)系： DUU iO ? (12) 由 (12)式可以看出，若開關(guān)周期 T 一定，改變開關(guān) S 的導通時間 TON，即可改變脈沖占空比 D，達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。 T不變，只改變 TON來實現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的方式叫做脈沖寬度調(diào)制 (PWM)。由于 PWM 式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計，易實現(xiàn)最優(yōu)化，所以 PWM 式開關(guān)電源用得較多。若保持 TON不變，利用改變開關(guān)頻率 f=1/T實現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)輸出直流電壓 U0穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制 (PFM)方式開關(guān)電源。由于開關(guān)頻率不固定，所以輸出濾波電路的設(shè)計不易實現(xiàn)最優(yōu)化。既改安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 2 變 TON，又改變 T，實現(xiàn)脈沖占空比的調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。在各種開關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)方式均有應用。 開關(guān)電源的組成 開關(guān)電源由以下四個基本環(huán)節(jié)組成，見圖 12 所示。其中 DC/DC 變換器用以進行功率變換，是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動器是開關(guān)信號的放大部分，對來自信號源的開關(guān)信號放大 ，整形，以適應開關(guān)管的驅(qū)動要求；信號源產(chǎn)生控制信號，由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是 PWM 信號，也可以是 PFM信號或其它信號；比較放大器對給定信號和輸出反饋信號進行比較運算，控制開關(guān)信號的幅值，頻率，波形等，通過驅(qū)動器控制開關(guān)器件的占空比，達到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動電路、過流過壓保護、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等。 DC/DC 變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的 PWM 變換器以及工作波形為準正弦波的諧振變換器應用較為普遍。 開關(guān)電源與線性電源相比，輸入的瞬態(tài)變換比較 多地表現(xiàn)在輸出端，在提高開關(guān)頻率的同時，由于反饋放大器的頻率特性得到改善，開關(guān)電源的瞬態(tài)響應指標也能得到改善。負載變換瞬態(tài)響應主要由輸出端 LC 濾波器的特性決定。所以可以通過提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器 LC的方法改善瞬態(tài)響應態(tài)。 圖 12 電源基本組成框圖 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 3 開關(guān)電源的特點 ：開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在 80%— 90%，高的可達 90%以上。 ：由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，電源的重量只有同容量線性 電源的 1/5，體積也大大縮小。 ：開關(guān)電源的交流輸入電壓在 90— 270V 范圍變化時，輸出電壓的變化在177。 2%以下。合理設(shè)計電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開關(guān)電源的高效率。 ：在開關(guān)電源中，由于可以方便的設(shè)置各種形式的保護電路，所以當電源負載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保護功能可靠。 ：由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，所以采用開關(guān)電源可以提高整機的可靠性和穩(wěn)定性。 關(guān)電源典型結(jié)構(gòu) 串聯(lián)開關(guān)電源結(jié)構(gòu) 串聯(lián)開關(guān)電源工作原理的方框圖如圖 13 所示；功率開關(guān)晶體管 VT 串聯(lián)在輸入與輸出之間。正常工作時，功率開關(guān)晶體管 VT 在開關(guān)驅(qū)動控制脈沖的作用下周期性地在導通、截止之間交替轉(zhuǎn)換，使輸入與輸出之間周期性的閉合與斷開。輸入不穩(wěn)定的直流電壓通過功率開關(guān)晶體管 VT 后輸出為周期性脈沖電壓，再經(jīng)濾波后，就可得到平滑直流輸出電壓 U0。 U0和功率開關(guān)晶體管 VT 的脈沖占空比 D有關(guān)，見式 (1－ 2)。 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 4 圖 13 串聯(lián)開關(guān)電源原理圖 輸入交流電壓或負載電流的變化，會引起輸出直流電壓的變化，通過輸出取樣電路將取樣電壓與基準電壓相比較，誤差電壓通過誤差放大器放大，控制脈沖調(diào)寬電路的脈沖占空比 D，達到穩(wěn)定直流輸出電壓 U0的目的。 并聯(lián)開關(guān)電源結(jié)構(gòu) 并聯(lián)開關(guān)電源工作原理方框圖如圖 14 所示，功率開關(guān)晶體管 VT 與輸入電壓、輸出負載并聯(lián)，輸出電壓為： DUU i ?? 1 10 (13) 圖 14 為一