【文章內容簡介】 電源工作原理圖。 圖 安徽工程大學畢業(yè)設計 (論文 ) 圖 中由 一個整流二極管和一個 LC 濾波電路 組成 。其中 L 是儲能濾波電感，它的作用是在控制開關 K 接通期間 Ton 限制大電流通過，防止輸入 電壓 Ui直接加到負載 R 上，對負載 R進行電壓沖擊，同時對流過電感的電流 iL 轉化成磁能進行能量存儲，然后在控制開關 K關斷期間 Toff 把 磁能轉化成電流 iL 繼續(xù)向負載 R 提供能量輸出； C 是儲能濾波電容，它的作用是在控制開關 K 接通期間 Ton 把流過儲能電感 L的部分電流轉化成電荷進行存儲， 然后在控制開關K 關斷期間 Toff 把電荷轉化成電流繼續(xù)向負載 R 提供能量輸出； D 是整流二極管，主要功能是續(xù)流作用，故稱它為續(xù)流二極管，其作用是在控制 開關關斷期間 Toff，給儲能濾波電感 L 釋放能量提供電流通路。在控制開關關斷期間 Toff， 儲能電感 L 將產生反電動勢，流過儲能電感 L的電流 iL 由反電動勢 eL 的正極流出，通過負載 R，再經過續(xù)流二極管 D 的正極，然后從續(xù)流二極管 D 的負極流出，最后回到反電動勢 eL 的負極。 開關電源的常見拓撲結構簡介 DCDC 變換有隔離和非隔離兩種。輸入輸出隔離的方式雖然安全，但是由于隔離變壓器的漏磁和損耗等會造成效率的降低，而本題沒有要求輸入輸出隔離，具體有以下幾種： 拓撲一：降壓斬波電路 (Buck Chopper)。開關管 T1 受占空比為 D 的 PWM 波的控制，交替導通或截止，再經 L 和 C 濾波器在負載 R上得到穩(wěn)定直流 輸出電壓 U。該電路屬于降壓型電路，能夠達到題目要求的 515V 的輸出電壓。如圖 所示。 圖 拓撲二：升壓斬波電路 ( Boost Chopper)。并聯(lián)開關電路原理與串聯(lián)開關電路類似，但此電路為升壓型電路，開關導通時電感儲能，截止時電感能量輸出。只要電感繞制合理，不能達到題目要求的 515V，且輸出電壓 U，呈現連續(xù)平滑的特性。如圖 所示。 圖 拓撲三：升降壓斬波電路 (BoostBuck Chopper)。實際卜此電路是在串聯(lián)開關電路后接入一個 并聯(lián)開關電路。用電感的儲能特性來實現升降壓，電路控制復雜。如圖 所示。 圖 升降壓電路 開關電源 DC/DC 拓撲設計思路 DC/DC 基本拓撲設計方案 本系統(tǒng)采用數字信號轉模擬信號并同輸出采樣的反饋信號做加法運算后輸入到PWM控制芯片的比較端，然后由芯片自身根據反饋量來自動調節(jié) PWM 信號的占空比。從而達到所需的穩(wěn)定電壓值的目的。 本系統(tǒng)主要由輔助工作電源、電源模塊、單片機控制器等幾部分組成，硬件系統(tǒng)框圖如圖 所示，其中，輸出微機可調電源模塊拓撲結構為 Buck 電路 。 安徽工程大學畢業(yè)設計 (論文 ) 圖 DC/DC 電路實現 本設計采用以 TL494 芯片為核心的 PWM 控制器。 TL494 是一種性能優(yōu)良的脈寬闊制控制電路，可作為推挽式、全橋式半橋式開關電源控制器，工作額定頻率為lOkHz300kHz，輸出電壓可達 40V。其內旗一個線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過一個外部電阻和一個電容進行調節(jié)。工作溫度范圍： TL494 為 40℃ 85℃。 2腳和 1 16 腳分別為兩個電壓比較器輸入端，由于本次設計的電源只對一路電壓輸出，所以只需要一綢比較器，所以把 1 16 腳分別接 V。，、地進行屏蔽；然后 1腳接反饋 FB， 2腳接標準電壓 Vrct，通過比較 2 腳的電位，來控制占空比。 在本控制器中只劇到了 TL494 的誤差放大器 I，戰(zhàn)將誤著放大器的 IN（ 16 腳）接地、 IN（ 15 腳）接高電平。為保護 TL494 的輸出三極管，經 R26 和 R25 分壓，在4 腳加接近 的間歇期調整電壓。 R1 C14 和 C6 組成了閉環(huán)校正網絡，然后通過分析得出該電源的 T作頻率為 30kHz，又因為 6腳為振蕩器的 RT. CT 輸入端，決定工作頻率。如圖 TL494 內部結構圖。 輸入 濾波 DC/DC 變換 輸出 濾波 電 阻 控制 IC 控制脈沖 電壓反饋 二極管 微機調節(jié)信號 給定 電壓采樣 24V + 圖 TL494內部結構電路圖 根據以上所述資料，本設計開關型穩(wěn)壓電路的拓撲結構采用以下方式如圖 所示。其中輸入電壓的 Ui為直流供電電壓，晶體管 T為開關管，開關管的基極信號u。為矩形波（也是 PWM 的輸 m），電感 L和電容 C組成濾波電路， D為續(xù)流二極管。本設計中的電源工作原理如下： T 管的 T 作狀態(tài)受 U。的控制。當 U。為高電平時，飽和導通， Ui 通過 T給電感 L充電儲能，充電電流幾乎線性增大； D受到反壓截止；濾波電容 C 對負載電阻放電；當 U。為低平時， T 截止， L 產生感生電動勢，其方向阻止電流的變化，因而電流與 Ui 同方向，兩個電壓卡曰加后通過二極管 D對 C充電。所以，無論 T和 D的狀態(tài)如何，負載電流方向始終不變。 安徽工程大學畢業(yè)設計 (論文 ) 150ΩR1150ΩR710KΩR111MΩR447KΩR3R5R8R6150ΩR2100pFC2C5VREF14DTC4IN12RT6CT5GND7E19IN1+1CMPEN3VCC12C18IN215CNTLO13C211IN2+16E210U1TL494CJD1DiodeTIP32CR92mHL12P1Vin=10~40v12P210KΩR103kRs1Res21KRpotRPot1KRs2Res2GNDDD1Diode 1N91481432U082ATL082ACJG10kR082110kR082210kR082410kR0825VFINVCC+15VGNDVF51CONIN12P3VCC+15GND5kRD2Res1DD2Diode 1N91410KRM1Res2100KRMPOTRPot10KRM13Res210KRM12Res210KRM14Res2GNDVCC+15VVCC+15VVCC15VVCC15VI181432UALM358N84756 UBLM358N20KRD13KR12D4Diode10uFC10Cap Pol2470uFC3Cap Pol2470uFC4Cap Pol2470uFC1Cap Pol2 圖 DCDC回路原理圖 DC/DC 回路參數設計 TL494 DC/DC 參數設計 如圖 24所示。該電路是以 TL494 為核心的單端 PWM 降壓型開關穩(wěn)壓電路 。圖中C2與 R11 決定了振蕩器振蕩頻率，也就決定了最終輸入的 PWM 信號的頻率。電阻 R8阻值為 歐，作限流保護作用。其內部誤差放大器的同相輸入端（腳 1）通過 的電阻 R9 接輸出反饋信號，而反相器輸入端（ 2腳）經 R6 與 14腳的基準電壓相連。輸出電壓變化時， 1 腳得到的反饋信號也相應變化，同 2 腳上的基準電壓比較后經誤差放大器輸出，也即加在芯片內的 PWM 比較器同相輸入 端的電壓信號相應發(fā)生變化，使得芯片輸出的 PWM 占空比相應變化，從而使輸出電壓穩(wěn)定。 由 R11=10K , C2=100pF ，使得振蕩頻率 f=。 電感最小值、濾波電容及電流峰峰值的計算公式如下： Lmin=[(UiUo) / 2 Io]Ton CUo ToFF / (8 L f Uo) Iop=ILP=[[(UiUo) / 2 L]Ton + Io 通過理論計算后，結合實際情況選擇了 2mH 的電感和 470uF 的電容。 整流濾波之后的波形圖，如圖 所示 圖 系統(tǒng)供電模塊設計 220V 市電經工頻變壓器降至 18V AC，經整流和濾波作為電源模塊調試時的輸入24V DC， 24V DC 經 7815 穩(wěn)壓后給電源模塊的運算比較電路提供工作電源； +15V DC經 7805 穩(wěn)壓后給 STC89C52 單片機系統(tǒng)提供工作電源。如圖 (a)工作電源。 D1Bridge1 2200uF/30VC12200uF/30VC2C3C4Vin VoutGND7815Vin VoutGND7915C5C6123123GND+15V15V123P1Header 3H123P3Header 3H4700uF/16VC7C8Vin VoutGND78051uFC9123T112P2Header 2H~22018V+15VGND 圖 (a)工作電源 整流濾波電路設計 本設計采用橋式整流電路把交流電轉化成直流電，如圖 所示。橋式整流與半波流的相比，輸出電壓的脈動小很多。由于還需要進行 DCDC 的精確變換，對直流的要求不是很高，所以在整流后只加上個電容進行濾波，以減小整流后直流電中 安徽工程大學畢業(yè)設計 (論文 ) 的脈動成分。如圖 橋式整理濾波電路所示。 圖 工作輔助電源參數設計 由 AC/AC、 AC/DC、 DC/DC 等幾部分組成。電路圖如圖 所示。 220V 市電經工頻變壓器降至 18V AC，經整流和濾波作為電源模塊調試時的輸入 24V DC， 24V DC經 7815 穩(wěn)壓后給電源模塊的運算比較電路提供工作電源； +15V DC 經 7805 穩(wěn)壓后給STC89C52 單片機系統(tǒng)提供工作電源。 D1Bridge1 2200uF/30VC12200uF/30VC2C3C4Vin VoutGND7815Vin VoutGND7915C5C6123123GND+15V15V123P1Header 3H123P3Header 3H4700uF/16VC7C8Vin VoutGND78051uFC9123T112P2Header 2H~22018V+15VGND 圖 輔助工作電源電路 177。 15V 電源 () 對于濾波電容的選擇，要考慮三點：① 整流管壓降；② 7815 最小允許壓降 Ud；③電網波動 10%。由此計算得到允許紋波的峰 — 峰值。電路如圖 所示。 )101(218 00 ???????? du UV 按近似電流放電計算，并沒 ⊙ = 0 （通角），則 C= ????utI ?? 100/ 1430uF，故選取濾波電容 C=2200uF/30V +5V電源 (1A) +5V 電源電路如圖 5 所示。計算允許的最大紋波峰 峰值 VR E FVuFu tICVu)(3 5 0 100/11)()101(29 00??????? ??????????? 故選取濾波電容 C=4700uF/16V。 第三章 控制系統(tǒng)的設計思路 控制系統(tǒng)的基本設計方案 +此設計用到單片機，它是把微 處理器，存儲器 (RAM 和 ROM)，輸入 /輸出接口以及定時器 /計數器等集成在一起的集成電路芯片。它與集成電路相結合，組成一個輸出電壓可以認為設定，通過按鍵的鍵值來設定 DA的數值量，然后又單片機把按鍵設定的鍵值送入 DA 芯片，由 DA 芯片來輸出模擬信號改變反饋量，在電源的輸出端采樣電壓，輸入端用 AD 模數轉對輸出電壓進行采樣，進而對 DA 反饋進行電壓自動調節(jié)。該模塊是控制和輸出與單片機一同構成的模塊。利用單片機 STC89C52 和一些電路對輸出電壓進行探測。對電源輸出電壓進行一系列控制。如圖 系統(tǒng)整體框圖。