【正文】 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 開關(guān)電源具有效率高、體積小、重量輕等顯著特點(diǎn)。目前世界各國都有廣泛的應(yīng) 用，特別是對(duì)大容量高頻開關(guān)電源的研究和開發(fā)已成為當(dāng)今電力電子學(xué)的主要研究領(lǐng)域，并派生了很多新的研究方向。本文的主要內(nèi)容就是研制一種高性能、大功率 直流開關(guān)電源。 本文詳細(xì)分析了 高性能、大功率直流開關(guān)電源 的工作原理，并提出 了主電路和控制電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，完成了 整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序的編制，并對(duì)電源裝置的硬件和軟件進(jìn)行了調(diào)試和修改。 在分析原理的基礎(chǔ)上，本文從三相橋式不控整流、全橋變換器、高頻變壓器、濾 波電路等環(huán) 節(jié)對(duì)該系統(tǒng)的主電路進(jìn)行了闡述，同時(shí)探討了該電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大功率的解決方案，即采用多個(gè)電源模塊并聯(lián)運(yùn)行。本文還探討了多個(gè)電源模塊并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)均流技術(shù)，并詳細(xì)介紹了基于平均值的自動(dòng)均流電路。在電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)上，詳細(xì)分析了基于 UC3825 控制芯片的 PWM控制電路。 本文研制的直流開關(guān)電源具有輸出電壓可調(diào)、輸出電流大、紋波小等特點(diǎn)，而且 還具有換檔、遠(yuǎn)程控制等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明它基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而驗(yàn)證了理論分析的正確性，具有廣闊的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞 :DCDC 變換器，開關(guān)電源，均流，高頻變壓器， PWM 控制 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) II 目 錄 摘 要 ...............................................................I ABSTRACT........................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第 1 章 緒論 .........................................................1 開關(guān)電源的發(fā)展及國外現(xiàn)狀 ..................................... 1 國內(nèi)開關(guān)電源的發(fā)展及現(xiàn)狀 ..................................... 2 第 2 章 系統(tǒng)的整體分析和選擇 .........................................4 系統(tǒng)整體概述 ................................................. 4 DCDC 變換器的選擇 ............................................ 5 硬開關(guān)式全橋變換器 ....................................5 諧振式全橋 變換器 ......................................6 移相式全橋變換器 ......................................7 控制電路的實(shí)現(xiàn) ............................................... 7 整流濾波回路的選擇 ........................................... 9 輸入整流濾波回路 ......................................9 輸出整流濾波回路 ......................................9 第 3 章 開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì) ........................................10 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求 .......................................... 10 主電路組成框圖 .............................................. 10 輸入整流濾波電路 .....................................11 單相逆變橋 ...........................................12 輸出整流濾波電路 .....................................12 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì) ........................................ 12 整流橋 ...............................................12 輸入整流電容 .........................................13 輸入濾波電感 .........................................13 逆變電路的設(shè)計(jì) .............................................. 14 功率轉(zhuǎn)換電路的選擇 ...................................14 確定電路工作頻率 f ...................................14 高頻變壓器的計(jì)算 .....................................14 選用高壓開關(guān)管 .......................................18 隔直電容 Cb 的選擇 ....................................18 輸出整流濾波電路 ............................................ 19 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) III 輸出整流二極管 .......................................19 輸出濾波電感 .........................................19 輸出濾波電容 .........................................20 第 4 章 控制電路的設(shè)計(jì) ..............................................21 PWM 集成控制器的基本原理 ..................................... 21 高速脈寬調(diào)制器 UC3825 ........................................ 22 主要特點(diǎn) :............................................22 極限參數(shù) :............................................22 內(nèi)部電路工作原理 .....................................23 UC3825 的調(diào)試 ............................................... 27 反饋電路的設(shè)計(jì) .............................................. 29 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) ............................................... 31 軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì) .....................................31 過流過壓保護(hù) .........................................32 輔助電源 .................................................... 34 均流電路設(shè)計(jì) ................................................ 36 概述 .................................................36 開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)常用的均流方法 .......................36 第 5 章 鉛酸蓄電池 ..................................................39 蓄電池充電理論基礎(chǔ) .......................................... 39 蓄電池的常規(guī)充電方法 ........................................ 39 恒壓充電方式 .........................................40 恒流充電方式 .........................................40 恒流 恒壓充電方式 ...................................40 快速充電技術(shù) ................................................ 41 脈沖式充電法 .........................................41 變電流間歇充電法 .....................................41 變電壓間歇充電法 .....................................42 第 6 章 總結(jié)與展望 ..................................................43 致 謝 ..............................................................44 參考文獻(xiàn) ...........................................................45 附錄 ...............................................................46 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 開關(guān)電源的發(fā)展及國外現(xiàn)狀 開關(guān)電源在通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，并已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流，而通信業(yè)的迅速發(fā)展又極大地推動(dòng)了開關(guān)電源的 發(fā)展。在通信領(lǐng)域中，通常將高頻整流器稱為一次電源而將直流 直流 (DC/DC)變換器稱為二次電源。同時(shí)，開關(guān)電源也在各種電子信息設(shè)備中，如計(jì)算機(jī)、充電電源等得到了廣泛的應(yīng)用。 自 1957年第一只可控硅 (SCR)問世后，可控硅取代了笨重而且效率低下的硒或氧化亞銅整流器件，可控硅整流器就作為通信設(shè)備的一次電源使用。在隨后的 20年內(nèi)，由于半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，可控硅的電壓、電流額定值及其它特性參數(shù)得到了不斷提高和改進(jìn)，滿足了通信設(shè)備不斷發(fā)展的需要，因此，直到 70年代，發(fā)達(dá)國家還一直將可控硅整流器作為大多數(shù)通信設(shè)備的一 次電源使用。 雖然可控硅整流器工作穩(wěn)定，能滿足通信設(shè)備的要求，但它是相控電源，工作于工頻，有龐大笨重的電源變壓器、電感線圈、濾波電容，噪聲大，效率低，功率因數(shù)低，穩(wěn)壓精度也較低。因此，自 1947年肖克萊發(fā)明晶體管，并在隨后的幾年內(nèi)對(duì)晶體管的質(zhì)量和性能不斷完善提高后，人們就著力研究利用晶體管進(jìn)行高頻變換的方案。 1955年美國羅耶 (GH Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換電路的開始 , 1957年美國查賽 (JJ Jen Sen)又發(fā)明了自激式推挽雙變壓器變換器電路。在此基礎(chǔ)上， 1964年，美國科學(xué)家提出了取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，并在 NEC雜志上發(fā)表了“脈寬調(diào)制應(yīng)用于電源小型化”等文章，為使電源實(shí)現(xiàn)體積和重量的大幅下降提供了一條根本途徑。 隨著大功率硅晶體管的耐壓提高和二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件性能的改善， 1969年終于做成了 25KHz的開關(guān)電源。電源界把開關(guān)電源的頻率提高到20KHz以上稱為電源技術(shù)的“ 20KHz革命”。經(jīng)過幾年的努力，從開關(guān)電源的電路拓?fù)湫褪降较嗯涮椎脑骷妊芯慷既〉昧讼喈?dāng)大的進(jìn)展。在電路拓?fù)湫褪缴祥_發(fā)出了單端貯能式反激電路、雙反激電路、單端 正激式電路、雙正激電路、推挽電路、半橋電路、全橋電路，以適應(yīng)不同應(yīng)用場合、不同功率檔次的需要；在元器件方面，功率晶體管和整流二極管的性能也有了較大的提高。 1976年美國硅通用公司第一個(gè)做出了型號(hào)為 SG1524的脈寬調(diào)制 (PWM, Pulse Width Modulation)控制芯片，極大地提高了開關(guān)電源的可靠性，并進(jìn)一步減小了體積。 在隨后的幾年中，大功率晶體管 (GTR)和功率場效應(yīng)管 (MOSFET)相繼被研制出來，其電壓、電流額定值大為提高，工作頻率也提高較多，可靠性也顯著增加。到 80年代中后期，絕緣柵 雙極性晶體管 (IGBT)已研制出來并投入了市場，各種通信設(shè)備所需的一次電源大多采取 PWM 集成控制芯片、雙極型晶體管、場效應(yīng)管、青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 絕緣柵雙極晶體管。 隨著微電子學(xué)的發(fā)展和元器件生產(chǎn)技術(shù)的提高，相繼開發(fā)出了耐壓高的功率場效應(yīng)管 (VMOS管 )和高電壓、大電流的絕緣柵雙極性晶體管 (IGBT)，具有軟恢復(fù)特性的大功率高頻整流管，各種用途的集成脈寬調(diào)制控制器和高性能的鐵氧體磁芯，高頻用的電解電容器，低功耗的聚丙烯電容等。主要元器件技術(shù)性能的提高，為高頻開關(guān)電源向大功率、高效率、高可靠性方向發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。 隨著通信 用開關(guān)電源技術(shù)的廣泛應(yīng)用和不斷深入，實(shí)際工作中人們對(duì)開關(guān)電源提出了更高的要求，提出了應(yīng)用技術(shù)的高頻化、硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、軟件控