【導(dǎo)讀】開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展歷史························4. 我國(guó)開(kāi)關(guān)電源歷程···························5. 第2章PWM開(kāi)關(guān)電源的基本原理······················11. 第3章設(shè)計(jì)思想與方案論證·························15. 第4章系統(tǒng)設(shè)計(jì)···································22. 輸入整流電路和濾波電路設(shè)計(jì)················22

　　

【正文】 L13 上的感生電動(dòng)勢(shì)上為負(fù)下為正，由于 T1的各繞組的同名端的設(shè)置，繞組 L5 L67 上的感生電動(dòng)勢(shì)為上為正下為負(fù)，使 D D8正向偏置，均處于導(dǎo)通狀態(tài)，其導(dǎo)通電流向?yàn)V波電容充電。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。 半波整流電路 半波整流電路如圖 （ a） 所示。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 32 頁(yè) 共 43 頁(yè) 它由電源變壓器 Tr 整流二極管 D和負(fù)載電阻 RL 組成，變壓器的初級(jí)接 交流電源，次級(jí)所感應(yīng)的交流電壓為 ： （式 46） 其中 U2m為次級(jí)電壓的峰值， U2 為有效值。 電路的工作過(guò)程是：在 u2 的正半周（ ωt = 0 ～ π ），二極管因加正向偏壓 而導(dǎo)通，有電流 IL流過(guò)負(fù)載電阻 RL。由于將二極管看作理想器件，故 RL上的電壓 UL與 U2的正半周電壓基本相同。 在 U2的負(fù)半周（ ωt =π ～ 2π ），二極管 D 因加反向電壓而截止， RL上無(wú)電流流過(guò)， RL 上的電壓 UL = 0?？僧?huà)出整流波形如圖 （ b） 所示。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 33 頁(yè) 共 43 頁(yè) 可見(jiàn)，由于二極管的單向?qū)щ娮饔茫沽鬟^(guò)負(fù)載電阻的電流為脈動(dòng)電流，電壓也為一單向脈動(dòng)電壓，其電壓的平均值（輸出直流分量）為 （式 47） 流過(guò)負(fù)載的平均電流為 （式 48） 流過(guò)二極管 D的平均電流（即正向電流）為 （式 49） 加在二極管兩端的最高反向電壓為 選擇整流二極管時(shí)，應(yīng)以這兩個(gè)參數(shù)為極 限參數(shù)。 半波整流電路簡(jiǎn)單，元件少，但輸出電壓直流成分小（只有半個(gè)波），脈動(dòng)程度大，整流效率低，僅適用于輸出電流小、允許脈動(dòng)程度大、要求較低的場(chǎng)合。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 34 頁(yè) 共 43 頁(yè) 電容濾波 半波整流電容濾波電路如圖 。其濾波原理如下： 電容 C 并聯(lián)于負(fù)載 RL的兩端， UL＝ UC。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。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)。如忽略二極管的內(nèi)阻，則 UC 可充到接近 U2的峰值 U2m。在 U2達(dá)到最大值以后開(kāi)始下降，此時(shí)電容器上的電壓 UC也將由于放電而逐漸下降。當(dāng) U2＜ UC時(shí)， D因反偏而截止，于是 C 以一定的時(shí)間常數(shù)通過(guò) RL 按指數(shù)規(guī)律放電， UC下降。直到下一個(gè)正半周，當(dāng) U2 ＞ UC時(shí)， D 又導(dǎo)通。如此下去，使輸出電壓的波形如圖中線所示。顯然比未并電容 C 前平滑多了。 為了得到更為平滑的直流電，在本電路 +5V 的整流濾波電路中采用由 L C C8 組成的 LCπ型濾波。 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì) XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 35 頁(yè) 共 43 頁(yè) 電壓反饋環(huán)的唯一功能就是使輸出電壓保 持在一個(gè)固定值。即 通過(guò)控制器件控制端的電流來(lái)調(diào)節(jié)占空比，以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。但考慮負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)輸出精度及輸入隔離輸出等方面，電壓反饋的設(shè)計(jì)就變得很復(fù)雜了。 穩(wěn)壓電路的組成 本電源的穩(wěn)壓電路由 D R R C PC817C、 R R R1R1 C TL431 組成，電路見(jiàn)附圖。 其中 D R R C4 構(gòu)成整流和濾波電路，給光耦供電； RR R1 C TL431 提供基準(zhǔn)電位， R12 為取樣電路，兩者比較的結(jié)果通過(guò)光耦反饋到 Q2的基極實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖寬度的調(diào)制。 TL431 特性及應(yīng)用 （ 1）、 特性 TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V范圍內(nèi)的任何值。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。 圖 三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管 圖 是該器件的符號(hào)。 3 個(gè)引腳分別為：陰極（ CATHODE）、陽(yáng)極（ ANODE）和參考端（ REF）。 TL431 的具體功能可以用如圖 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 36 頁(yè) 共 43 頁(yè) 的功能模塊示意。 圖 TL431 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 由圖可以看到， VI是一個(gè)內(nèi)部的 ，接在運(yùn)放的反相輸入端。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。 （ 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。如圖 ，當(dāng) R1 和 R2的阻值確XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 37 頁(yè) 共 43 頁(yè) 定時(shí)，兩者對(duì) Vo 的分壓引入反饋，若 V o 增大，反饋量增大， TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致 Vo 下降。顯見(jiàn)，這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在 VI 等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，此時(shí) Vo=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的 R1 和 R2的值可以得到從 到 36V 范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng) R1=R2 時(shí)， Vo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須 保證 TL431 工作的必要條件，就是通過(guò)陰極的電流要大于 1 mA 。 穩(wěn)壓過(guò)程 本電源電路是一種 高精度 的 直流穩(wěn)壓電源 。電壓反饋環(huán)要與輸入電壓和控制器隔離，采用光隔離器進(jìn)行隔離。光藕合器在開(kāi)關(guān)電源的主振回路使輸入回路與輸出回路進(jìn)行電氣隔離，并為電源的穩(wěn)壓控制電路提供信號(hào)通路。它主要有光源（即發(fā)光二極管）和光敏器件組成。最通用的光電耦合器是把一個(gè)發(fā)光二極管 LED合一個(gè)光敏三極管 VT封裝在一個(gè)完全與外界隔離的外殼中。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。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。 因?yàn)樵?TL431 的內(nèi)部含有一個(gè) 的基準(zhǔn)電壓， R11 和 R10為固定電阻，兩者串聯(lián)對(duì) +5V 的輸出電壓進(jìn)行分壓取樣，在 R10 上得到取樣電壓，將該取樣電壓加在 TL431 的 REF端。若 V o 增大，反饋量增大， TL431 的分流也就增加，因?yàn)?TL431 和光耦 PC817C的發(fā)光二極管是串聯(lián)的，所以光耦 PC817C 內(nèi)的發(fā)光二極管 上通過(guò)XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 38 頁(yè) 共 43 頁(yè) 的電流增加，其發(fā)光強(qiáng)度也對(duì)應(yīng)增加，進(jìn)而使光耦 PC817C 內(nèi)的光敏三極管產(chǎn)生的電流也成比例增加，使 Q2 導(dǎo)通。 Q2導(dǎo)通以后，對(duì)Q1 的基極進(jìn)行分流，從而使 Q1提前由平頂期轉(zhuǎn)到間歇期，使開(kāi)關(guān)變壓器 T1 的 L13 繞組儲(chǔ)能減少，輸出電壓降低，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定。 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。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。其電路工作過(guò)程描述如下：當(dāng)開(kāi)關(guān)調(diào)整管 Q1 的集電極電流過(guò)大時(shí)，其發(fā)射極串聯(lián)的電阻 R3上的電壓也大大增加，該電壓通過(guò) R2 電阻加到 Q2 的基極和發(fā)射極之間，使 Q2 導(dǎo)通。 Q2 導(dǎo)通以后，對(duì) Q1 的基極進(jìn)行分流，迫使開(kāi)關(guān)調(diào)整管 Q1 進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，從而避免了 Q1 上的電流太大而被燒壞的危險(xiǎn)。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 39 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第 5 章 設(shè)計(jì)成果 電路 原理圖 本電路 D1D4 組成橋式整流，將 220V 的交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)整流電，再經(jīng) C2 濾波得平滑的直流電。 L1 QL2 C R4 組成逆變 電路，將直流電變成高頻交流電。T1 將 L13 的能量傳遞給次級(jí)，一組經(jīng) D C7 整流濾波得+24V 的平滑直流電，另一組經(jīng) D C L C6 整流 濾波得 +5V 的平滑直流電。 Tl43 R R1 R12 及 PC817C組成 的電路進(jìn)行 取樣反饋 到逆變器去控制開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，以改變輸出脈沖的寬度，從而維持輸出電壓的穩(wěn)定。 PCB 板圖 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 40 頁(yè) 共 43 頁(yè) 調(diào)試過(guò)程 1． 調(diào)試的方法： ①不通電檢查 電路安裝完畢后，不要急于通電，應(yīng)首先認(rèn)真檢查 元件安裝 是否正確，尤其是 二極管、電解電容及開(kāi)關(guān)變壓器 不能 裝 錯(cuò)或 裝 反，以免通電后燒壞電路或元器件。 檢查 的方式有兩種：一種是按照設(shè)計(jì)電路 裝配圖 檢查安裝電路，在安裝好的電路中按電路圖一一對(duì)照檢查；另一種方法是 用萬(wàn)用表的 R 100檔測(cè)量靜態(tài)參數(shù)，測(cè)量 2pin 輸入端正、反向電阻均為無(wú)窮大，測(cè)量開(kāi)關(guān)變壓器輸入端 4 腳的正、反向電阻分別為無(wú)窮大和 3K。 ②通電檢查 在 2pin 輸入端接入 220V 的交流電壓， 電源接通之后不要急于測(cè)量數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果，首先要觀察有無(wú)異?，F(xiàn)象，包括有無(wú)冒煙、有無(wú)異常氣味 等異常 現(xiàn)象。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。 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)。 4pin的輸出端 ， 有一邊的兩個(gè) pin 為短接，此為 +5V的電壓輸出，另外一邊的一個(gè) pin 為 +24V 的電壓輸出，中間單獨(dú)的一 個(gè) pin 為它們的公共接地端。用萬(wàn)用表測(cè)量數(shù)據(jù)正確。 2． 調(diào)試注意事項(xiàng) ① 調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)元件或安裝有問(wèn)題需要更換或修改時(shí)，應(yīng)關(guān)斷電源，待更換完畢認(rèn)真檢查后方可重新通電。 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。 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。 在 作了仔細(xì)的 檢修和 檢測(cè) 調(diào)試 之后 ，保證 了 電路能穩(wěn)定地工作。最后 終于 完成 了 實(shí)際的總體電路，制作出 了 符合設(shè)計(jì)要求的開(kāi)關(guān)電源 。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 42 頁(yè) 共 43 頁(yè) 結(jié)束語(yǔ) 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的課題，本文給出的方法僅作為一種參考，許多實(shí)際問(wèn)題需要在實(shí)踐中不斷加以總結(jié)和完善，只有通過(guò)實(shí)踐才能使設(shè)計(jì)不斷臻于完美。 這次設(shè)計(jì)，讓我受益匪淺，我要特別感謝江蘇技術(shù)師范學(xué)院電信學(xué)院劉素芬老師在我陷入困境時(shí)的熱情地指導(dǎo)！ XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 43 頁(yè) 共 43 頁(yè) 參考文獻(xiàn) ［ 1］沙占友．特種集成電源最新應(yīng)用技術(shù)［ M］北京：人民郵電出版社， 2021． ［ 2］張 占松．開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)［ M］北京：電子工業(yè)出版社， 1999． ［ 3］蘇開(kāi)才．現(xiàn)代功率電子技術(shù)［ M］北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 1995． ［ 4］章夔．電視機(jī)維修技術(shù)［ M］北京：高等教育出版社， 1991．