【正文】 河南**大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書39三路輸出的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)畢業(yè)論文目 錄第一章 概述 1 1 1 2 開(kāi)關(guān)電源當(dāng)前存在的問(wèn)題 3第二章 整流電路的設(shè)計(jì) 5 5 6 7 防止電流沖擊的設(shè)計(jì) 7 參數(shù)計(jì)算以及元器件的選型 8 9 變壓器參數(shù) 9 電容參數(shù)計(jì)算 9第三章 DC/DC變換器的設(shè)計(jì) 11 11 功率轉(zhuǎn)換電路的選擇 12 推挽式功率轉(zhuǎn)換電路 12 全橋式功率轉(zhuǎn)換電路 13 半橋式功率轉(zhuǎn)換電路 13 正向激勵(lì)功率轉(zhuǎn)換電路 14 反向激勵(lì)功率轉(zhuǎn)換電路 15 15 16 17 多路輸出的設(shè)計(jì) 17 變壓器設(shè)計(jì) 17 19 二極管和電容器的選擇 21 開(kāi)關(guān)管的選擇 21第四章 控制電路的設(shè)計(jì) 22 22 22 23 峰值電流模式控制 24 25 26 開(kāi)關(guān)電源集成控制器 26 GWl524的特點(diǎn) 27 1524 的極限使用值和主要電性能 27 GW1524的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 27 GW1524工作過(guò)程 30 31 32 32 32 啟動(dòng)和集成電路供電電路設(shè)計(jì) 34 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 35第五章 結(jié)論及設(shè)想 37致謝 38參考文獻(xiàn) 39第一章 概述電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開(kāi)關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖11所示，DCDC變換器是進(jìn)行功率變換的器件，是開(kāi)關(guān)電源的核心部件，此外還有啟動(dòng)電路、過(guò)流與過(guò)壓保護(hù)電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測(cè)其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過(guò)誤差放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。其結(jié)構(gòu)圖如圖11所示。DC/DC變換器V1 V0取樣 比較放大參考電壓PWM驅(qū)動(dòng)器 圖11 開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)圖線性電源的原理圖如圖12所示：是先將交流電經(jīng)過(guò)變壓器變壓，再經(jīng)過(guò)整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過(guò)電壓反饋調(diào)整輸出電壓。它的缺點(diǎn)是需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當(dāng)大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時(shí)，致使調(diào)整管的功耗太大，轉(zhuǎn)換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計(jì)算機(jī)等設(shè)備的需要，將逐步被開(kāi)關(guān)電源所取代。圖12 線性電源的原理圖開(kāi)關(guān)電源的原理圖如圖13所示：是將交流電先整流成直流電，在將直流逆變成交流電，在整流輸出成所需要的直流電壓。圖13 開(kāi)關(guān)電源的原理圖開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕（體積和重量只有線性電源的30%）、效率高（一般為70%而線性電源只有40%）、自身抗干擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化等優(yōu)點(diǎn)。但也存在一些缺點(diǎn)：由于逆變電路中會(huì)產(chǎn)生高頻電壓，對(duì)周圍設(shè)備有一定的干擾，需要良好的屏蔽及接地。當(dāng)前,開(kāi)關(guān)電源新技術(shù)產(chǎn)品正在向以下“四化”的方向發(fā)展:應(yīng)用技術(shù)的高頻化。硬件結(jié)構(gòu)的模塊化。軟件控制的數(shù)字化。產(chǎn)品性能的綠色化。由此,新一代開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)含量大大提高,使之更加可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。近年,有些公司把開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),這樣縮小了整機(jī)的體積,方便了整機(jī)設(shè)計(jì)和制造。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開(kāi)發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件間不再有傳統(tǒng)的引線相連,這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格、合理的、熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完善的境地。 開(kāi)關(guān)電源是一種采用開(kāi)關(guān)方式控制的直流穩(wěn)定電源,它以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。而當(dāng)我們把開(kāi)關(guān)電源的研究擴(kuò)大到可調(diào)高電壓、大電流時(shí),以及將研究新技術(shù)應(yīng)用于DC/AC變換器,即開(kāi)拓了大功率應(yīng)用領(lǐng)域,又使開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了從發(fā)電廠設(shè)備至家用電器的所有應(yīng)用電力、電子技術(shù)的電氣工程領(lǐng)域。作為節(jié)能、節(jié)材、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)的開(kāi)關(guān)電源,它的產(chǎn)品展現(xiàn)了廣闊的市場(chǎng)前景。例如,發(fā)電廠的貯能發(fā)電設(shè)備、直流輸電系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、機(jī)車牽引、交直流電機(jī)傳動(dòng)、不停電電源、汽車電子化、開(kāi)關(guān)電源、中高頻感應(yīng)加熱設(shè)備以及電視、通訊、辦公自動(dòng)化設(shè)備等。 開(kāi)關(guān)電源當(dāng)前存在的問(wèn)題當(dāng)我們對(duì)該技術(shù)進(jìn)行深入研究后卻發(fā)現(xiàn)它仍然存在著一些問(wèn)題需要解決，而且有的問(wèn)題還帶有全局性：采用定頻調(diào)寬的控制方式來(lái)設(shè)計(jì)電源，都以輸出功率最大時(shí)所需的續(xù)流時(shí)間為依據(jù)來(lái)預(yù)留開(kāi)關(guān)截止時(shí)間的，則負(fù)載所需的功率小于電源的最大輸出功率時(shí)就必然造成了工作電流的不連續(xù)；“反峰電壓”是開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間存入高頻變壓器的勵(lì)磁能量在開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)的一種表現(xiàn)，而勵(lì)磁能量只能在、也必須在開(kāi)關(guān)關(guān)斷后的截止期間處理掉，既能高效處理勵(lì)磁能量又能有效限制反峰電壓的辦法是存在的，那就是要及時(shí)地為勵(lì)磁能量提供一個(gè)“低阻抗通道”，并且為勵(lì)磁能量的通過(guò)提供一段時(shí)間，但 “單調(diào)”控制方法不具備這一條件；高頻變壓器的磁通復(fù)位問(wèn)題；傳統(tǒng)的電流取樣方法是在功率回路中串聯(lián)電阻，效率不高，這個(gè)問(wèn)題向來(lái)是電源技術(shù)，尤其是以小體積、高功率密度見(jiàn)長(zhǎng)的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”；高頻開(kāi)關(guān)電源的并聯(lián)同步輸出問(wèn)題。以上的問(wèn)題看似彼此獨(dú)立，其實(shí)它們之間存在著一定的關(guān)聯(lián)性解決這些問(wèn)題，也許還是一條艱難而漫長(zhǎng)的路。 第二章 整流電路的設(shè)計(jì)整流是將交流電變成脈動(dòng)直流電的過(guò)程。電源變壓器輸出的交流電經(jīng)整流電路得到一個(gè)大小變化但方向不變的脈動(dòng)直流電。整流電路是由具有單向?qū)щ娦缘脑缍O管、晶間管等整流元件組成的。單相整流電路有兩種：電容輸入型電路和扼流圈輸入型電路電容輸入型的基本電路如圖21：（a）為半波整流電路（b）為中間抽頭的全波整流電路（c）橋式整流電路（d）倍壓整流電路。圖21 電容輸入型的基本電路圖22為扼流圈輸入型基本電路，用于負(fù)載電流I0較大的電路，扼流圈L的作用是抑制尖峰電流。兩種基本電路的比較如下：(1)開(kāi)關(guān)電源多采用脈寬調(diào)制方式，空載時(shí)開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間非常短。其導(dǎo)通時(shí)間隨開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法不同而異，也有采用控制開(kāi)關(guān)晶體管電路的延時(shí)進(jìn)行的間歇開(kāi)關(guān)工作，這時(shí)，若采用扼流圈輸入型整流電路，接近空載時(shí)，扼流固變?yōu)榕R界值，逆流電路由扼梳閡輸入型變?yōu)闃I(yè)為電容輸入型。為此，從滿載到空載變動(dòng)時(shí)，整流輸出電壓變動(dòng)較大，空載時(shí)有可能進(jìn)入間歇開(kāi)關(guān)領(lǐng)域。(2)開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)是效率高而體積小，若使用扼流圈時(shí)，為提高負(fù)載調(diào)整率需要接入扼流圈以及阻尼電阻。(3) 扼流圈可能與次級(jí)側(cè)濾波回路產(chǎn)生諧振。因此，開(kāi)關(guān)電源的輸入整流電路采用電容輸入型。圖22 扼流圈輸入型基本電路單相半波整流電路是最簡(jiǎn)單的整流電路如圖23，僅利用一個(gè)二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)整流功能?！　蜗喟氩ㄕ麟娐返妮敵鲭妷浩骄禐椋?Uo ≈ （U2為變壓器副邊輸出電壓的有效值）　圖23 單相半波整流電路單相半波整流電路的缺點(diǎn)是只利用了電源的半個(gè)周期，輸出電流較小，同時(shí)整流電壓的脈動(dòng)較大。全波整流電路可以克服這些缺點(diǎn)，其中最常用的是單相橋式整流電路，它是由四個(gè)二極管接成電橋的形式構(gòu)成的?？梢钥吹?，四個(gè)二極管分為兩組，正負(fù)半周輪流導(dǎo)通，但負(fù)載上電流方向不變，此即為全波整流。圖24 單相橋式整流電路 單相橋式整流電壓的平均值為： Uo ≈ （U2為變壓器副邊輸出電壓的有效值）,比半波整流輸出電壓高。因此，整流電路選用單相橋式整流電路。 防止電流沖擊的設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源輸入大多為電容輸入型，當(dāng)電源剛接通時(shí)，就會(huì)有非常大的對(duì)電容充電的沖擊電流。例如，若在其峰值時(shí)開(kāi)關(guān)接通，則沖擊電流就達(dá)282A 。 如此大的沖擊電流可能會(huì)損壞輸入保險(xiǎn)絲、整流二極管和電容等。防止沖擊電流的最簡(jiǎn)單方法是在線路個(gè)接入一只電阻。如圖25(a)所示，但平常電阻有損耗，這種方法適用小功率開(kāi)關(guān)電源 圖25(b)和(c)也是采用電阻．但與電阻并聯(lián)一只開(kāi)關(guān)(繼電器觸點(diǎn)和晶閘管)，電源接通時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電阻防止沖擊電流，正常工作時(shí)，與電阻并聯(lián)的開(kāi)關(guān)接通．把電阻短路，減小了電阻損耗．這種方法適用于中等容量的開(kāi)關(guān)電源。圖25(d)是采用熱敏電阻的方法、熱敏電阻RH的阻值隨溫度增加而減小，防止了沖擊電流，平時(shí)損耗又小。本設(shè)計(jì)欲采用串熱敏電阻的方法。圖25 防止電流沖擊的方法 本設(shè)計(jì)的整流電路如圖26：圖26 整