【文章內(nèi)容簡介】 電源工作原理圖。 圖 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 圖 中由 一個(gè)整流二極管和一個(gè) LC 濾波電路 組成 。其中 L 是儲(chǔ)能濾波電感，它的作用是在控制開關(guān) 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(fù)載 R 上，對(duì)負(fù)載 R進(jìn)行電壓沖擊，同時(shí)對(duì)流過電感的電流 iL 轉(zhuǎn)化成磁能進(jìn)行能量存儲(chǔ)，然后在控制開關(guān) K關(guān)斷期間 Toff 把 磁能轉(zhuǎn)化成電流 iL 繼續(xù)向負(fù)載 R 提供能量輸出； C 是儲(chǔ)能濾波電容，它的作用是在控制開關(guān) K 接通期間 Ton 把流過儲(chǔ)能電感 L的部分電流轉(zhuǎn)化成電荷進(jìn)行存儲(chǔ)， 然后在控制開關(guān)K 關(guān)斷期間 Toff 把電荷轉(zhuǎn)化成電流繼續(xù)向負(fù)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(guān)關(guān)斷期間 Toff，給儲(chǔ)能濾波電感 L 釋放能量提供電流通路。在控制開關(guān)關(guān)斷期間 Toff， 儲(chǔ)能電感 L 將產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，流過儲(chǔ)能電感 L的電流 iL 由反電動(dòng)勢(shì) eL 的正極流出，通過負(fù)載 R，再經(jīng)過續(xù)流二極管 D 的正極，然后從續(xù)流二極管 D 的負(fù)極流出，最后回到反電動(dòng)勢(shì) eL 的負(fù)極。 開關(guān)電源的常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(huì)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?fù)湟唬航祲簲夭娐?(Buck Chopper)。開關(guān)管 T1 受占空比為 D 的 PWM 波的控制，交替導(dǎo)通或截止，再經(jīng) L 和 C 濾波器在負(fù)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(dá)到題目要求的 515V 的輸出電壓。如圖 所示。 圖 拓?fù)涠荷龎簲夭娐?( Boost Chopper)。并聯(lián)開關(guān)電路原理與串聯(lián)開關(guān)電路類似，但此電路為升壓型電路，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電感儲(chǔ)能，截止時(shí)電感能量輸出。只要電感繞制合理，不能達(dá)到題目要求的 515V，且輸出電壓 U，呈現(xiàn)連續(xù)平滑的特性。如圖 所示。 圖 拓?fù)淙荷祲簲夭娐?(BoostBuck Chopper)。實(shí)際卜此電路是在串聯(lián)開關(guān)電路后接入一個(gè) 并聯(lián)開關(guān)電路。用電感的儲(chǔ)能特性來實(shí)現(xiàn)升降壓，電路控制復(fù)雜。如圖 所示。 圖 升降壓電路 開關(guān)電源 DC/DC 拓?fù)湓O(shè)計(jì)思路 DC/DC 基本拓?fù)湓O(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)采用數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)并同輸出采樣的反饋信號(hào)做加法運(yùn)算后輸入到PWM控制芯片的比較端，然后由芯片自身根據(jù)反饋量來自動(dòng)調(diào)節(jié) PWM 信號(hào)的占空比。從而達(dá)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(jī)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(jī)可調(diào)電源模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為 Buck 電路 。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 圖 DC/DC 電路實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)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(guān)電源控制器，工作額定頻率為lOkHz300kHz，輸出電壓可達(dá) 40V。其內(nèi)旗一個(gè)線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過一個(gè)外部電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)。工作溫度范圍： TL494 為 40℃ 85℃。 2腳和 1 16 腳分別為兩個(gè)電壓比較器輸入端，由于本次設(shè)計(jì)的電源只對(duì)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(jìn)行屏蔽；然后 1腳接反饋 FB， 2腳接標(biāo)準(zhǔn)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(hù) TL494 的輸出三極管，經(jīng) R26 和 R25 分壓，在4 腳加接近 的間歇期調(diào)整電壓。 R1 C14 和 C6 組成了閉環(huán)校正網(wǎng)絡(luò)，然后通過分析得出該電源的 T作頻率為 30kHz，又因?yàn)? 6腳為振蕩器的 RT. CT 輸入端，決定工作頻率。如圖 TL494 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jī)調(diào)節(jié)信號(hào) 給定 電壓采樣 24V + 圖 TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖 根據(jù)以上所述資料，本設(shè)計(jì)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(guān)管，開關(guān)管的基極信號(hào)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(shè)計(jì)中的電源工作原理如下： T 管的 T 作狀態(tài)受 U。的控制。當(dāng) U。為高電平時(shí)，飽和導(dǎo)通， Ui 通過 T給電感 L充電儲(chǔ)能，充電電流幾乎線性增大； D受到反壓截止；濾波電容 C 對(duì)負(fù)載電阻放電；當(dāng) U。為低平時(shí)， T 截止， L 產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，其方向阻止電流的變化，因而電流與 Ui 同方向，兩個(gè)電壓卡曰加后通過二極管 D對(duì) C充電。所以，無論 T和 D的狀態(tài)如何，負(fù)載電流方向始終不變。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(shù)設(shè)計(jì) TL494 DC/DC 參數(shù)設(shè)計(jì) 如圖 24所示。該電路是以 TL494 為核心的單端 PWM 降壓型開關(guān)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(hào)的頻率。電阻 R8阻值為 歐，作限流保護(hù)作用。其內(nèi)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(hào)，而反相器輸入端（ 2腳）經(jīng) R6 與 14腳的基準(zhǔn)電壓相連。輸出電壓變化時(shí)， 1 腳得到的反饋信號(hào)也相應(yīng)變化，同 2 腳上的基準(zhǔn)電壓比較后經(jīng)誤差放大器輸出，也即加在芯片內(nèi)的 PWM 比較器同相輸入 端的電壓信號(hào)相應(yīng)發(fā)生變化，使得芯片輸出的 PWM 占空比相應(yīng)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(jì)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(jì)算后，結(jié)合實(shí)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(shè)計(jì) 220V 市電經(jīng)工頻變壓器降至 18V AC，經(jīng)整流和濾波作為電源模塊調(diào)試時(shí)的輸入24V DC， 24V DC 經(jīng) 7815 穩(wěn)壓后給電源模塊的運(yùn)算比較電路提供工作電源； +15V DC經(jīng) 7805 穩(wěn)壓后給 STC89C52 單片機(jī)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(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用橋式整流電路把交流電轉(zhuǎn)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(dòng)小很多。由于還需要進(jìn)行 DCDC 的精確變換，對(duì)直流的要求不是很高，所以在整流后只加上個(gè)電容進(jìn)行濾波，以減小整流后直流電中 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 的脈動(dòng)成分。如圖 橋式整理濾波電路所示。 圖 工作輔助電源參數(shù)設(shè)計(jì) 由 AC/AC、 AC/DC、 DC/DC 等幾部分組成。電路圖如圖 所示。 220V 市電經(jīng)工頻變壓器降至 18V AC，經(jīng)整流和濾波作為電源模塊調(diào)試時(shí)的輸入 24V DC， 24V DC經(jīng) 7815 穩(wěn)壓后給電源模塊的運(yùn)算比較電路提供工作電源； +15V DC 經(jīng) 7805 穩(wěn)壓后給STC89C52 單片機(jī)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(duì)于濾波電容的選擇，要考慮三點(diǎn)：① 整流管壓降；② 7815 最小允許壓降 Ud；③電網(wǎng)波動(dòng) 10%。由此計(jì)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(jì)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(jì)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(shè)計(jì)思路 控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方案 +此設(shè)計(jì)用到單片機(jī)，它是把微 處理器，存儲(chǔ)器 (RAM 和 ROM)，輸入 /輸出接口以及定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等集成在一起的集成電路芯片。它與集成電路相結(jié)合，組成一個(gè)輸出電壓可以認(rèn)為設(shè)定，通過按鍵的鍵值來設(shè)定 DA的數(shù)值量，然后又單片機(jī)把按鍵設(shè)定的鍵值送入 DA 芯片，由 DA 芯片來輸出模擬信號(hào)改變反饋量，在電源的輸出端采樣電壓，輸入端用 AD 模數(shù)轉(zhuǎn)對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，進(jìn)而對(duì) DA 反饋進(jìn)行電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)。該模塊是控制和輸出與單片機(jī)一同構(gòu)成的模塊。利用單片機(jī) STC89C52 和一些電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行探測(cè)。對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行一系列控制。如圖 系統(tǒng)整體框圖。