【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器有雙管串接的升壓式（ BuckBoost） DC/DC 轉(zhuǎn)換器。四管 DC/DC 轉(zhuǎn)換器常用的是全橋 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（ FullBridge Converter）。 隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器在實(shí)現(xiàn)輸出與輸入電氣隔離時(shí)，通常采用 變壓器 來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于變壓器具有變壓的功能，所以有利于擴(kuò)大轉(zhuǎn)換器的輸出應(yīng)用 范圍，也便于實(shí)現(xiàn)不同電壓的多路輸出，或相同電壓的多種輸出。 北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 在功率開(kāi)關(guān)管的電壓和電流定額相同時(shí)，轉(zhuǎn)換器的輸出功率通常與所用開(kāi)關(guān)管的數(shù)量成正比。所以開(kāi)關(guān)管數(shù)越多， DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出功率越 大，四管式比兩管式輸出功率大一倍，單管式輸出功率只有四管式的 1/4。 非隔離式轉(zhuǎn)換器與隔離式轉(zhuǎn)換器的組合，可以得到單個(gè)轉(zhuǎn)換器所不具各的一些特性。 按能量的傳輸來(lái)分， DC/DC 轉(zhuǎn)換器有單向傳輸和雙向傳輸兩種。具有雙向傳輸功能 的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，既可以從電源側(cè)向負(fù)載側(cè)傳輸功率，也可 以從負(fù)載側(cè)向電源側(cè)傳輸功率。 DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以分為自激式和他控式。借助轉(zhuǎn)換器本身的正反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管自持周期性開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換器，叫做自激式轉(zhuǎn)換器，如洛耶爾 （ Royer）轉(zhuǎn)換器就是一種典型的推挽自激式轉(zhuǎn)換器。他控式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)器件控制信號(hào)，是由外部專(zhuān)門(mén)的控制 電路 產(chǎn)生的。 按照開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)條件， DC/DC轉(zhuǎn)換器又可以分為硬開(kāi)關(guān)（ Hard Switching）和軟開(kāi)關(guān)（ Soft Switching）兩種。硬開(kāi)關(guān) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)器件 是在承受電壓或流過(guò)電流的情況下，開(kāi)通或關(guān)斷電路的，因此在開(kāi)通或關(guān)斷過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生較大的交疊損耗，即所謂的開(kāi)關(guān)損耗（ Switching loss）。當(dāng)轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)一 定時(shí)開(kāi)關(guān) 損耗也是一定的，而且開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗越大，同時(shí)在開(kāi)關(guān)過(guò)程中 還會(huì)激起電路分布 電感 和寄生 電容的振蕩，帶來(lái)附加損耗，因此，硬開(kāi)關(guān) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率不能太高。軟開(kāi)關(guān) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)管，在開(kāi)通或關(guān) 斷 過(guò) 程 中 ， 或 是 加 于 其 上 的 電 壓 為 零 ， 即 零 電 壓 開(kāi) 關(guān)（ ZeroVoltageSwitching， ZVS），或是通過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流為零，即零電流開(kāi)關(guān)（ ZeroCurrentSwitching ， ZCS）。這種軟開(kāi)關(guān)方式可以顯著地減小開(kāi)關(guān)損耗， 以及開(kāi)關(guān)過(guò)程中激起的振蕩，使開(kāi)關(guān)頻率可以大幅度提高，為轉(zhuǎn)換器的小型化和模塊化創(chuàng)造 了條件。功率 場(chǎng)效應(yīng)管 （ MOSFET）是應(yīng)用較多的開(kāi)關(guān)器件，它有較高的開(kāi)關(guān)速度，但同時(shí)也有較大的寄生電容。它關(guān)斷時(shí)，在外電壓的作用下， 其寄生電容充滿(mǎn)電，如果在其開(kāi)通前 不將這一部分電荷放掉，則將消耗于器件內(nèi)部，這就是容性開(kāi)通損耗。為了減小或消除這種損耗，功率場(chǎng) 效應(yīng)管宜采用零電壓開(kāi)通方式（ ZVS）。絕緣柵雙極性 晶體管 （ Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor，IGBT）是一種復(fù)合開(kāi)關(guān)器件 ，關(guān)斷時(shí)的電流拖 尾會(huì)導(dǎo)致較大的關(guān)斷損耗，如果在關(guān)斷前使流過(guò)它的電流降到零，則可以顯著地降低開(kāi)關(guān)損耗，因此 IGBT 宜采北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 用零電流（ ZCS）關(guān)斷方式。 IGBT 在 零電壓條件 下關(guān) 斷，同樣也能減小關(guān)斷損耗，但是 MOSFET 在零電流條件下開(kāi)通時(shí)，并不能減小容性開(kāi)通損耗。諧振轉(zhuǎn)換器（ ResonantConverter ， RC）、準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器（ QunsiTesonant Converter，QRC）、多諧振轉(zhuǎn)換器（ Mu1tiResonantConverter， MRC）、零電壓開(kāi)關(guān) PWM 轉(zhuǎn)換器（ ZVS PWM Converter）、零電流開(kāi)關(guān) PWM轉(zhuǎn)換器（ ZCS PWM Converter）、零電壓轉(zhuǎn)換（ ZeroVo1tageTransition， ZVT） PWM轉(zhuǎn)換器和零電流轉(zhuǎn)換（ Zero Vo1tageTransition， ZVT） PWM 轉(zhuǎn)換器等，均屬于軟開(kāi)關(guān)直流轉(zhuǎn)換器。電力 電子 開(kāi)關(guān)器件和零開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器技術(shù)的發(fā)展，促使了 高頻開(kāi)關(guān)電源 的發(fā)展 [5]。 開(kāi)關(guān)電源其優(yōu)點(diǎn)就是工作穩(wěn)定，電流輸出大，由于其體積相對(duì)比較大，在我們的電路我沒(méi)有考慮使用，下面看下變壓器降壓電路，變壓器是一種很多設(shè)備里面常用的，成本比較低的一種方案 。 變壓器供電 圖 電源變壓器 變壓器 (Transformer)是利用 電磁感應(yīng) 的原理來(lái)改變交流 電壓 的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí) 線(xiàn)圈 、次級(jí)線(xiàn)圈和鐵心（磁芯）。在電器設(shè)備和無(wú)線(xiàn) 電路 中，常用作升降電壓、匹配 阻抗 ，安全隔離等。在發(fā)電機(jī)中，不管是線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)或磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)固定線(xiàn)圈，均能在線(xiàn)圈中感應(yīng)電勢(shì)，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線(xiàn)圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動(dòng)，這是互感應(yīng)的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 電流和阻抗的器件。變壓器的功能主要有：電 壓變換；電流變換，阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。 變壓器就是將大電壓，轉(zhuǎn)變成小電壓，提供個(gè)設(shè)備所需要的電能， 變壓器是變換交流電壓、交變電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線(xiàn)圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線(xiàn)圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。 變壓器由鐵芯（或磁芯）和線(xiàn)圈組成，線(xiàn)圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線(xiàn)圈，其余的繞組叫次級(jí)線(xiàn)圈。 如果采用變壓供電，還需要選用一定的原件，組成交流轉(zhuǎn)直流的電路，即整流電路，與電源濾波電路，經(jīng)過(guò)這兩個(gè)電路，才能給電路提供穩(wěn)定的直流電能，否 則電不是溫恒的，是脈動(dòng)的，這樣是不行的，下面我們看下常用的整流濾波電路。 圖 橋式整流電路 上圖為常用的橋式整流電路。 橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路，常用來(lái)將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟? 其工作原理是 ： 橋式整流電路的工作原理如下： e2 為正半周時(shí)，對(duì) D D3加正向電壓， Dl、D3 導(dǎo)通；對(duì) D D4 加反向電壓， D D4 截止。電路中構(gòu)成 e D Rfz 、 D3通電回路，在 Rfz 上形成上正下負(fù)的半波整流電壓， e2為負(fù)半周時(shí)，對(duì) D D4北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 加正向電壓， D D4 導(dǎo)通；對(duì) D D3 加反向電壓， D D3 截止。電路中構(gòu)成e D2Rfz 、 D4通電回路，同樣在 Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。 如此重復(fù)下去，結(jié)果在 Rfz 上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖 中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小一半。 經(jīng)過(guò)以上電路的分析，與電路考慮，開(kāi)關(guān)電源由于我們不需要很大電流，而變壓器由于體積大，變壓器又是必不可少的原件，這樣無(wú)疑增大了我們的體積，所以在電路中， 我選用了電容降壓電路，而沒(méi)有采用開(kāi)關(guān)電源，變 壓器供電， 因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電流需求小，所以電容降壓電路 完全能夠勝任，電容降壓子在很多電器中都有采用過(guò)，這里我們看下其原理： 工作原理是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來(lái)限制最大工作電流。例如 ,在 50Hz 的工頻條件下 ,一個(gè) 1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為 3180Ω 。當(dāng) 220V 的交流電壓加在電容器的兩端 ,則流過(guò)電容的最大電流約為 70mA。雖 流過(guò)電容的電流有 70mA,但在電容器上并不產(chǎn)生功耗，因?yàn)槿绻娙菔且粋€(gè)理想電容 ,則流過(guò)電容的電流為虛部電流 ,它所作的功為無(wú)功功率。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn) ,我們?nèi)绻谝粋€(gè) 1uF 的電容 器上再串聯(lián)一個(gè)阻性元件 ,則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個(gè)阻性元件的特性。例如 ,我們將一 110V/8W 的燈泡與一個(gè) 1uF 的電容串聯(lián) ,在接到 220V/50Hz 的交流電壓上 ,燈泡被點(diǎn)亮 ,發(fā)出正常的亮度而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?110V/8W 的燈泡所需的電流為 8W/110V=72mA,它與 1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。同理 ,我們也可以將 5W/65V 的燈泡與 1uF電容串聯(lián)接到 220V/50Hz 的交流電上 ,燈泡同樣會(huì)被點(diǎn)亮 ,而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?W/65V 的燈泡的工作電流也約為 70mA。因此 ,電容降壓 實(shí)際上是利用容抗限流。而電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的 角 色 [6]。 采用電容降壓電路有幾點(diǎn)需要注意的事項(xiàng) ： （ 1） 根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙?,而不是依據(jù)負(fù)載的電壓和功率。 （ 2） 限流電容必須采用無(wú)極性電容 ,絕對(duì)不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在 400V 以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容。 （ 3） 電容降壓不能用于大功率條件 ,因?yàn)椴话踩? （ 4） 電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載條件。 北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 5） 同樣 ,電容降壓不適合容性和感性負(fù)載。 （ 6） 當(dāng)需要直流工作時(shí) ,盡量 采用半波整流。不建議采用橋式整流， 因?yàn)槿ㄕ鳟a(chǎn)生浮置的地，并在零線(xiàn)和火線(xiàn)之間產(chǎn)生高壓，造成人體觸電傷害。而且要滿(mǎn)足恒定負(fù)載的條件。 容降壓式簡(jiǎn)易電源的基本電路如圖 ， C1為降壓電容器， VD2 為半波整流二極管， VD1 在市電的負(fù)半周時(shí)給 C1 提供放電回路， VD3 是穩(wěn)壓二極管， R1 為關(guān)斷電源后 C1 的電荷泄放電阻。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常采用的是圖 的所示的電路。 電容電壓可以應(yīng)用在電流小的電路中，因?yàn)槲覀兊碾娐窙](méi)有強(qiáng)負(fù)載，所以采用了電容降壓電路，減少成本，提高效率。 下面我們看下在我的電路中構(gòu)成電容降壓的電 路： 圖 電容降壓電路 圖中 C1， R2，組成了阻容降壓電路， D2 是 9v穩(wěn)壓管，也就是說(shuō)當(dāng)電壓大于9v 時(shí)， D2兩端的電壓不變穩(wěn)定保持在 9v，位后續(xù)電路提供溫恒電能， D1為整流二極管，與 c3配合即完成了我們整個(gè)電路的供電工作，在 C3 兩端，就是溫恒的直 流電了，注意整個(gè)電不可以接大負(fù)載，因?yàn)樯鲜稣f(shuō)明了，這里不在敘述。 北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 節(jié) 光控開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì) 光控開(kāi)關(guān)由感光元件（光敏電阻）采集信號(hào) ， 555 電路做延時(shí)控制輸出與檢測(cè) 。 圖 NE555 NE555及施密特觸發(fā)器 NE555 （ Timer IC）為 8腳時(shí)基 集成電路 ，大約在 1971年由 Sigics Corporation發(fā)布，在當(dāng)時(shí)是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的 Timer IC，在往后的 30年中非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用 電路，后來(lái)基于 CMOS 技術(shù)版本的 Timer IC 如 MOTOROLA 的MC1455 已被大量的使用，但原規(guī)格的 NE555 依然正常的在市場(chǎng)上供應(yīng)，盡管新版 IC在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒(méi)變化，所以到目前都可直接的代用。 芯片簡(jiǎn)介 ： NE555 是屬于 555 系列的計(jì)時(shí) IC 的其中的一種型號(hào)， 555 系列 IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻 率也不大相同；而 555 是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí) IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號(hào) 。 NE555由于 只需簡(jiǎn)單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久 ， 它的操作電源范圍極大，可與 TTL，CMOS 等邏輯電路配合，也就是它的輸出電平及輸入觸發(fā)電平，均能與這 些系列邏輯電路的高、低電平匹配 ， 其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載 ， 它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜 ，所以在本電路中，采用 555這個(gè)器件，由于 555的組合電路相當(dāng)之多，在這里我們采用由 555組成的施密特觸發(fā)電路，下面我們看下什么是施密特觸發(fā)電路。 北京化工大 學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 施密特出發(fā)電 路 門(mén)電路有一個(gè)閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時(shí)電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。 施密特 觸發(fā)器是一種特殊的門(mén)電路，與普通的門(mén)電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個(gè)閾值電壓，分別稱(chēng)為正向閾 值電壓和負(fù)向閾值電壓。在輸入信號(hào)從低電平上升到高電平的過(guò)程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱(chēng)為正向閾值電壓，在輸入信號(hào)從高電平下降到低電平的過(guò)程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱(chēng)為負(fù)向閾值電壓。正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差稱(chēng)為回差電壓。 它是一種閾值開(kāi)關(guān)電路，具有突變輸入 —— 輸出特性的門(mén)電路。這種電路被設(shè)計(jì)成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢的周期性信?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入的信號(hào)只要幅度大于 vt+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。 當(dāng)輸入電壓由低向高增加，到達(dá) V+時(shí)，輸出電壓發(fā)生突變，而輸入電壓 Vi由高變低，到達(dá) V，輸出電壓發(fā)生突變，因而出現(xiàn)輸出電壓變化滯后的現(xiàn)象，可以看出對(duì)于要求一定延遲啟動(dòng)的電路，它是特別適用的 。 從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線(xiàn)上