【正文】 也是新世紀(jì)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展遠(yuǎn)景。 9. 產(chǎn)品更新加快 目前開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品要求輸入電壓通用（使用世界各國(guó)電網(wǎng)電XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁(yè) 共 43 頁(yè) 壓規(guī)模），輸出電壓范圍擴(kuò)大（入計(jì)算機(jī)和工作站需要增加 這一擋電壓，程控需要增加直流 150V 電壓），輸入端公里因數(shù)進(jìn)一步提高，具有安全、過(guò)壓保護(hù)等功能。在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是， PWM 開(kāi)關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第 3 章 設(shè)計(jì)思想與方案論證 設(shè)計(jì)思想 PWM 開(kāi)關(guān)電源在使用時(shí)比線性電源具有更高的效率和靈活性。 LC 濾波器平均了占空比調(diào)制的脈沖電壓。 其拓?fù)?、主要波形和一些估?jì)參數(shù)，如圖 3． 2。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 22 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在本文中，是設(shè)計(jì)一個(gè)管道煤氣泄漏報(bào)警電路的 PWM 開(kāi)關(guān)電源。 電流由 Tr次級(jí)的下端經(jīng) D2→ RL →D4 回到 Tr次級(jí)上端， 在負(fù)載 RL 上 也 得到一半波整流電壓 ，如圖 所示 。在剛過(guò) ?t=?/2 時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。一般使用條件對(duì)高頻電源變壓器影響最大的是環(huán)境溫度。磁通密度變化值 ΔB=2Bm ，為了提高 ΔB ，希望 Bm 大，但不要求 Br 小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)。 反激式變壓器的工與正激式變壓器不同。在短暫的時(shí)間內(nèi)各濾波電容正極就形成穩(wěn)定的電壓輸出。直到下一個(gè)正半周，當(dāng) U2 ＞ UC時(shí)， D 又導(dǎo)通。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng) REF端（同相端）的電壓非常接近 VI（ ）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著 REF端電壓的微小變化，通過(guò)三極管的電流將從 1到 10mA變化。 過(guò)電流限制功能設(shè)計(jì) 本電源還具有對(duì)開(kāi)關(guān)調(diào)整管的過(guò)電流限制保護(hù)功能。 ② 調(diào)試過(guò)程中，因電路有高壓，所以 千萬(wàn)不可用直接去碰元器件或線路，以免引起安全事故。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 41 頁(yè) 共 43 頁(yè) ③測(cè)量數(shù)據(jù) 在以上檢查均無(wú)誤后，即可通電測(cè)量數(shù)據(jù)。為了減少光隔離器漂移的影響，二次惻要用到一個(gè)誤差放大器，這個(gè)誤差放大器采用 TL431。 圖 三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管 圖 是該器件的符號(hào)。并入電容之后，設(shè)在 ω t=0 時(shí)接通電源，則當(dāng) U2由零逐漸增大時(shí)，二極管 D 導(dǎo)通，除有一電流 IL流向負(fù)載以外還有一電流 iC向電容 C 充電，充電電壓 UC的 極性為上正下負(fù)。 輸出直流電壓的形成 本電源有兩組直流穩(wěn)壓輸出： +24V,+5V。 高頻電源 變壓器，遵守變壓器基本原理： 1） 遵守變壓器的同名端原理。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值 Bm 變化到剩余磁通密度 Br，或者從Br 變化到 Bm。如果傳輸?shù)哪芰繛槎ㄖ?，工作頻率高，在一定時(shí)間內(nèi)傳輸能量的次數(shù)多，每一次傳輸?shù)哪芰靠梢陨?，則變壓器用的材料少，結(jié)構(gòu)尺寸小。此時(shí) C相當(dāng)于并聯(lián)在 v2上，所以輸出波形同 v2 ，是正弦波。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦浴? 每種拓?fù)涠加凶约旱膬?yōu)缺點(diǎn)，有的拓?fù)淇赡艹杀颈容^底，但輸出的功率受到限制；而有的可以輸出足夠的功率，但成本比較高等。 直流輸出的負(fù)載電流在最大值和最小值 之間波動(dòng)。圖 3． 1 是一種簡(jiǎn)單正激式變換器電路，即所謂的 Buck 變換器。盡管它們各部分的布置差別很少，但是工作過(guò)程相差很大，在特定的場(chǎng)合下個(gè)有優(yōu)點(diǎn)。 3. 保護(hù)電路 ： 由過(guò)電流 保護(hù)電路、過(guò)電壓保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路和浪涌吸收電路等組成。 6. 抗電磁干擾（ EMI） 當(dāng)開(kāi)關(guān)電源在高頻下工作時(shí)，其噪聲通過(guò)電源線產(chǎn)生對(duì)其他電子設(shè)備干擾，世界各國(guó)已有抗 EMI 的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。 磁材料和新型變壓器的開(kāi)發(fā)。 主要技術(shù)標(biāo)志 從技術(shù)上看，幾 十年來(lái)推動(dòng)開(kāi)關(guān)電源性能和技術(shù)水平不斷提高的 主 要標(biāo)志是： 器件的開(kāi)發(fā)使實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源高頻化有了可能。 3. 1000kW 牽引變流器 4500V／ 1200A GTO 門控 250W 開(kāi)關(guān)電源。 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展歷史 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（以下簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)電源）取代晶體管線性穩(wěn)壓電源（以下簡(jiǎn)稱線性電源）已有 30 多年歷史，最早出現(xiàn)的是串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿，但功率晶體管 工 作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)后 ， 脈寬調(diào)制（ PWM）控制技術(shù)有了發(fā)展，用以控制開(kāi)關(guān)變換器，得到 PWM 開(kāi)關(guān)電源，它的特點(diǎn)是用 20kHz 脈沖頻率或脈沖寬度調(diào)制 — PWM 開(kāi)關(guān)電源效率可達(dá) 65～ 70％，而線性電源的效率只有 30～ 40％。 34 穩(wěn)壓電路的組成 5 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 31 電容濾波 45 附錄 3 實(shí)物圖此外要求開(kāi)關(guān)電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。特點(diǎn)是負(fù)載大范圍變化頻繁，工作環(huán)境惡劣。 PWM 開(kāi)關(guān)電源按硬開(kāi)關(guān)模式工作（ 開(kāi)／關(guān)過(guò)程中電壓 下 降／上升和電流上升／下降波形有交疊），因而開(kāi)關(guān)損耗大。如：用一級(jí) AC－ DC 開(kāi)關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓或穩(wěn)流，并具有功率因數(shù)校正功能，稱為單管單級(jí)或 4S 高功率因數(shù) AC－ DC 開(kāi)關(guān)變換器；輸出 1V， 50A的低電壓大電流 DC－ DC 變換器，又稱電壓調(diào)節(jié)模塊 VRM，以適應(yīng)下一代超快速微處理器供電的需求；多通道（ Multi－ Channel 或Multi－ Phase） DC－ DC 開(kāi)關(guān)變換器； 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（ Server）的開(kāi)關(guān)電源可攜帶式電子設(shè)備的高頻開(kāi)關(guān)電源等。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 11 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第 2 章 PWM 開(kāi)關(guān)電源的基本原理 PWM 開(kāi)關(guān)電源的組成模塊 開(kāi)關(guān)電源的電路組成方框圖如下： 一、主電路 是 從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程，包括： （ EMI） ： 其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng) 。在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏安乘積總是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流 大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流小）。我們可以在航空和自動(dòng)化產(chǎn)品、儀器儀表、離線式產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)它們的蹤影，它們通常應(yīng)用于要求效率和多組電源 電壓輸出的場(chǎng)合。 LC濾波器的作用可用下式表示： DVV inout ? （式 31） 式中 D— 占空比 通過(guò)控制電路改變占空比，即可保持輸出電壓恒定。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁(yè) 共 43 頁(yè) 反饋CinCoutVoutVin+++控制TN 1 N 2DSW V swV inI SECI priV inflybkV satI swI Dttt000 ? ?? ?mininouytPK V PI ? outinsw VVV ?? WWPout 1000 —? 圖 3． 2 反激式電路 3. 方案三 半橋電路。這種開(kāi)關(guān)電源可用于 AV200～ 240V 輸入的電子產(chǎn)品中。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 24 頁(yè) 共 43 頁(yè) 在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。所以剛過(guò) ?t=?/2時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。其磁通密度，磁導(dǎo)率和損耗都隨溫度發(fā)生變化，故除正常溫度 25℃ 外，還要給出 60℃ ， 80℃ ， 100℃ 時(shí)的各種參考數(shù)據(jù)。第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入的電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來(lái)，然后通過(guò)去磁使副繞組感應(yīng)電壓，變成電能釋放給負(fù)載。正激式變壓器兩邊的繞組是同時(shí)流過(guò)電流的，而反激式變壓器先是通過(guò)一次繞組把能量存儲(chǔ)在磁芯材料中，一次側(cè)關(guān)斷后在把能量傳到二次回路。 半波整流電路 半波整流電路如圖 （ a） 所示。如此下去，使輸出電壓的波形如圖中線所示。 （ 2） 應(yīng)用 圖 精密 5V 穩(wěn)壓器 前面提 到 TL431 的內(nèi)部含有一個(gè) 的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在REF 端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。用于防止負(fù)載端出現(xiàn)短路或當(dāng)所帶的負(fù)載加重等原因引起的電流急劇增加時(shí)，過(guò)大的電流燒壞開(kāi)關(guān)調(diào)整管 Q1。 5． 4 故障分析與排除 在調(diào)試過(guò)程中，也出現(xiàn)了一些故障，其 故障原因 及現(xiàn)象 ： ① 開(kāi)關(guān)管 13003 因在焊接時(shí)，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而損壞 ，導(dǎo)致輸出無(wú)電壓 ； ② 輸入整流濾波電容接反而被炸裂； ③ 光耦因在焊接時(shí)，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而損壞，導(dǎo)致輸出電壓偏高； ④ 開(kāi)關(guān)管 13003 的金屬 面和 R3 接觸而導(dǎo)致燒管子 等。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)立即切斷電源，排除故障后可重新通電。其工作工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下：當(dāng)有電流流過(guò)發(fā)光二極管時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)光源，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流 的大小，此光照射到封裝在一起的光敏三極管 VT 上后，控制 VT 產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)光二極管正向電流成比例的集電極電流。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為 ，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開(kāi)關(guān)電源等等。在沒(méi)有并入電容 C之前，整流二極管在 U2的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止，輸出電壓 UL的波形如圖中所示。 輸出整流和濾波電路 經(jīng)過(guò)高頻開(kāi) 關(guān) 變壓器降壓后的脈動(dòng)電壓同樣要使用二極管和XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 31 頁(yè) 共 43 頁(yè) 電容進(jìn)行整流和濾波，只是此時(shí)整流時(shí)的工作頻率很高，必須使用具有快速恢復(fù)功能的肖特基整流二極管 （本電路使用的分別是FR102 和 SR160） ，普通的整流二極管難當(dāng)此任，而整流