【正文】 河南**大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書三路輸出的開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文39目 錄第一章 概述 1 1 1 2 開關(guān)電源當(dāng)前存在的問題 3第二章 整流電路的設(shè)計 5 5 6 7 防止電流沖擊的設(shè)計 7 參數(shù)計算以及元器件的選型 8 9 變壓器參數(shù) 9 電容參數(shù)計算 9第三章 DC/DC變換器的設(shè)計 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 正向激勵功率轉(zhuǎn)換電路 14 反向激勵功率轉(zhuǎn)換電路 15 15 16 17 多路輸出的設(shè)計 17 變壓器設(shè)計 17 19 二極管和電容器的選擇 21 開關(guān)管的選擇 21第四章 控制電路的設(shè)計 22 22 22 23 峰值電流模式控制 24 25 26 開關(guān)電源集成控制器 26 GWl524的特點 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工作過程 30 31 32 32 32 啟動和集成電路供電電路設(shè)計 34 保護電路的設(shè)計 35第五章 結(jié)論及設(shè)想 37致謝 38參考文獻 39第一章 概述電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖11所示，DCDC變換器是進行功率變換的器件，是開關(guān)電源的核心部件，此外還有啟動電路、過流與過壓保護電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過誤差放大器進行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時間，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)動器 圖11 開關(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)過變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓。它的缺點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，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。這種電源不適合計算機等設(shè)備的需要，將逐步被開關(guān)電源所取代。圖12 線性電源的原理圖開關(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 開關(guān)電源的原理圖開關(guān)電源和線性電源相比，具有以下優(yōu)點：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、輸出電壓范圍寬、模塊化等優(yōu)點。但也存在一些缺點：由于逆變電路中會產(chǎn)生高頻電壓，對周圍設(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、實用。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),這樣縮小了整機的體積,方便了整機設(shè)計和制造。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件間不再有傳統(tǒng)的引線相連,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的、熱、電、機械方面的設(shè)計,達到優(yōu)化完善的境地。 開關(guān)電源是一種采用開關(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被廣泛應(yīng)用于以電子計算機為主導(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)我們把開關(guān)電源的研究擴大到可調(diào)高電壓、大電流時,以及將研究新技術(shù)應(yīng)用于DC/AC變換器,即開拓了大功率應(yīng)用領(lǐng)域,又使開關(guān)電源的應(yīng)用范圍擴大到了從發(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、自動化、智能化、機電一體化的基礎(chǔ)的開關(guān)電源,它的產(chǎn)品展現(xiàn)了廣闊的市場前景。例如,發(fā)電廠的貯能發(fā)電設(shè)備、直流輸電系統(tǒng)、動態(tài)無功補償、機車牽引、交直流電機傳動、不停電電源、汽車電子化、開關(guān)電源、中高頻感應(yīng)加熱設(shè)備以及電視、通訊、辦公自動化設(shè)備等。 開關(guān)電源當(dāng)前存在的問題當(dāng)我們對該技術(shù)進行深入研究后卻發(fā)現(xiàn)它仍然存在著一些問題需要解決，而且有的問題還帶有全局性：采用定頻調(diào)寬的控制方式來設(shè)計電源，都以輸出功率最大時所需的續(xù)流時間為依據(jù)來預(yù)留開關(guān)截止時間的，則負載所需的功率小于電源的最大輸出功率時就必然造成了工作電流的不連續(xù)；“反峰電壓”是開關(guān)導(dǎo)通期間存入高頻變壓器的勵磁能量在開關(guān)關(guān)斷時的一種表現(xiàn)，而勵磁能量只能在、也必須在開關(guān)關(guān)斷后的截止期間處理掉，既能高效處理勵磁能量又能有效限制反峰電壓的辦法是存在的，那就是要及時地為勵磁能量提供一個“低阻抗通道”，并且為勵磁能量的通過提供一段時間，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，這個問題向來是電源技術(shù)，尤其是以小體積、高功率密度見長的開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”；高頻開關(guān)電源的并聯(lián)同步輸出問題。以上的問題看似彼此獨立，其實它們之間存在著一定的關(guān)聯(lián)性解決這些問題，也許還是一條艱難而漫長的路。 第二章 整流電路的設(shè)計整流是將交流電變成脈動直流電的過程。電源變壓器輸出的交流電經(jīng)整流電路得到一個大小變化但方向不變的脈動直流電。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)開關(guān)電源多采用脈寬調(diào)制方式，空載時開關(guān)晶體管的導(dǎo)通時間非常短。其導(dǎo)通時間隨開關(guān)電源的設(shè)計方法不同而異，也有采用控制開關(guān)晶體管電路的延時進行的間歇開關(guān)工作，這時，若采用扼流圈輸入型整流電路，接近空載時，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，從滿載到空載變動時，整流輸出電壓變動較大，空載時有可能進入間歇開關(guān)領(lǐng)域。(2)開關(guān)電源的特點是效率高而體積小，若使用扼流圈時，為提高負載調(diào)整率需要接入扼流圈以及阻尼電阻。(3) 扼流圈可能與次級側(cè)濾波回路產(chǎn)生諧振。因此，開關(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單的整流電路如圖23，僅利用一個二極管來實現(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是只利用了電源的半個周期，輸出電流較小，同時整流電壓的脈動較大。全波整流電路可以克服這些缺點，其中最常用的是單相橋式整流電路，它是由四個二極管接成電橋的形式構(gòu)成的?？梢钥吹剑膫€二極管分為兩組，正負半周輪流導(dǎo)通，但負載上電流方向不變，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)計開關(guān)電源輸入大多為電容輸入型，當(dāng)電源剛接通時，就會有非常大的對電容充電的沖擊電流。例如，若在其峰值時開關(guān)接通，則沖擊電流就達282A 。 如此大的沖擊電流可能會損壞輸入保險絲、整流二極管和電容等。防止沖擊電流的最簡單方法是在線路個接入一只電阻。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)一只開關(guān)(繼電器觸點和晶閘管)，電源接通時，開關(guān)斷開，電阻防止沖擊電流，正常工作時，與電阻并聯(lián)的開關(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，平時損耗又小。本設(shè)計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)計的整流電路如圖26：圖26