【正文】 輸出整流二極管的選取 輸出整流二極管的選擇取決于每個(gè)元件承受的最大電壓，承受的最大峰值下向電流及華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 流過的平均電流和有效電流值。 根據(jù)設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)本設(shè)計(jì)采用 MOSFET 為開關(guān)器件。直流輸入阻抗很高（ 107～ 1013Ω），交流阻抗與頻率有關(guān)。 所以如圖 311 所示的電容 C1能濾除高頻、交流信號(hào) 。 L C C4組成抗共模干擾電路，用于抑制共 模 噪聲 干擾。 PWM 脈沖通過 2 端對(duì)功率管的通斷進(jìn)行控制。電阻取樣是將適當(dāng)阻值和功率的電阻串聯(lián)在主回路中，阻值與功率與所檢測(cè)的電流和控制電路匹配。 （ 2）用于輸出電流當(dāng)前提示。 由于承受電壓 與（ UiUo）有關(guān)，因此壓差很大時(shí)， R的功耗隨之增加 ， 使用時(shí)注意。 （ 2）陰極工作電壓范圍是 ～ 36V，極限值為 37V；陰極工作電流 IAK=1～ 100mA，極限為 150mA；額定功率為 1W， TA25℃ 時(shí)，則按 ℃ 的規(guī)律遞減 。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號(hào)，這樣隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同。如圖 36所示。 UC3842 開啟電壓 16V/1mA，小于 10V 欠壓鎖定 [9]。工作時(shí) 耗電約為 15mA，此電流可通過反饋電阻 提供。 7腳 Vcc是電源。 3 腳為電流檢測(cè)輸人腳，外接過流檢測(cè)電阻，可構(gòu)成過流保護(hù)電路，當(dāng) 3 腳電壓等于或高于 1V時(shí)，電流檢測(cè)比較器輸出高電平，復(fù)位 PWM 鎖存器，從而關(guān)閉輸出脈沖 。 其最大的優(yōu)點(diǎn)就是外圍元件極少，外電路裝配簡(jiǎn)單，成本低，適用于 20W～ 100W小功率開關(guān)電源。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓 調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是比較理想的新型的控制器閉。 ETL pL sV DCRQ 1I L pI L stt 圖 33 單端反激式變換器工作原理簡(jiǎn)圖與原、副邊電流波形示意圖 控制電路 的設(shè)計(jì) 由 ， 本次設(shè)計(jì)采用的是 PWM控制方式。 解決措施： 采用加氣隙來解決變壓器磁 芯 的磁復(fù)位問題，因而可增大電源的輸出功率，減少變壓器磁 芯 損耗，進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。 （ 4） 輔助電源 :為控制電路和保護(hù)電路提供滿足一定技術(shù)要求的直流電源，以保證它們工作穩(wěn)定可靠。 （ 2） 控制電路 :檢測(cè)輸出直流電壓，與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行隔離放大，調(diào)制振蕩器輸出的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。 高頻開關(guān)變換器 (DC\AC):它把直流電壓變換成高頻交流電，經(jīng)過高頻變壓器再變成所需要的隔離輸出交流電壓，這是高 頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。通過改變 Ton來改變占空比 D，從而達(dá)到改變輸出電壓的目的。其基本原理是 :交流輸入電壓經(jīng)電網(wǎng)濾波、整流濾波得到一 直流電壓，通過高頻變換器將直流電壓變換成高頻交流電壓，再經(jīng)過高頻整流、濾波電路，最后輸出直流電壓。這種控制方式改善了整個(gè)電源的電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率，提高了反饋系統(tǒng)的抗干擾能力，改善整個(gè)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)特性。因此電路中的電流不再以獨(dú)立的狀態(tài)變量存在，功率變換器由二階條件穩(wěn)定系統(tǒng)降為一階無條件穩(wěn)定系統(tǒng)。另外，由于閉環(huán)回路開環(huán)增益隨輸入電壓而變，使得整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性補(bǔ)償問題更加困難。的時(shí)間延遲。 由圖 28可知，在電壓型控制中，只有輸出電壓一個(gè)狀態(tài)變量作為反饋信號(hào)來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，屬于單閉環(huán)控制系統(tǒng)。在介紹之前，先簡(jiǎn)單回顧電壓型控制，以突出電流型控制的優(yōu)點(diǎn)。 圖 26 PWM變換器的基本工作原理 脈寬調(diào)制 (PWM)控制方式就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖 ，如圖 27 所示 ，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。 鐘宏林：一種新型開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 14 PWM 變換器 由 功率開關(guān)管、整流二極管及濾波電 容 等元器件組成。輸出紋波大 178。輸出紋波小 178。 綜上所述各種控制方式有著不同的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，表 22 給出了它們的比較。其穩(wěn)壓原理是 :當(dāng)輸出電壓 Uo 升高時(shí)，控制 器輸出信號(hào)的脈沖寬度不變而周期變長(zhǎng)，使占空比減小， Uo 降低。目前，集成開關(guān)電源大多采用 PWM 方式。 按 TRC控制原理，有三種方式 : (1)脈寬調(diào)制方式，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制 (Pulse Width Modulation，縮寫為 PWM)式。 表 21 各種不同的隔離 DCDC變換器的比較 [6] 電路類型 主要特點(diǎn) 輸入 輸出電壓關(guān)系 S承受的最高電壓 應(yīng)用領(lǐng)域 正激 優(yōu)點(diǎn)：電路較簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：變壓器單向 激磁，利用率低 2oi1NU = DUN S m ax iU = + 13N（ 1 ） UN 各種中、小功率開關(guān)電源 反激 優(yōu)點(diǎn)：電路非常簡(jiǎn)單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低 2oi1N DU = UN 1 D? 1S max i o2NU = + UNU 小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源 全橋 優(yōu)點(diǎn)：變壓器雙向激磁，容易達(dá)到大功率 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù) 雜成本高，有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路 2oi1NU = D UN ? smax iU=U 大功率工業(yè)用開關(guān)電源、焊接電源、電解電源 半橋 優(yōu)點(diǎn)：變壓器雙向激磁，沒有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低 缺點(diǎn)：有直通問題，可靠性低，需要隔離驅(qū)動(dòng)電路 2oi1NU = D UN ? smax iU=U 各種工業(yè)用開關(guān)電源，計(jì)算機(jī)設(shè)備用電源等 推挽 優(yōu)點(diǎn)：變壓器雙向激磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個(gè)開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：有偏磁問題 2oi1NU = D UN ? smax iU =2U 低輸入電壓的開關(guān)電源 綜合以上各電路特點(diǎn)，結(jié)合此次設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，決定選用隔離式中的反激電路作為主電路拓?fù)?。改變開關(guān) VT1 、 VT4和 VT2 、 VT3的占空比，就可以改變二次整流電壓 Ud的平均值，也就改變了輸出電壓 Uo 。變壓器右側(cè)的整流電路采用，由二級(jí)管 VD1 、 VD2 、VD3 、 VD4 構(gòu)成的全橋整流電路， L 為輸出電感， C2 為輸出濾波電容。 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 24 半橋式開關(guān)電源主回路 （ 3）全橋電路 如圖 25 所示。開關(guān) VT1和 VT2交替導(dǎo)通，使變壓器原側(cè)形成幅值為 Ui/2 的交流電壓。變壓器右側(cè)的整流電路仍采用由二極管 VD1和 VD2構(gòu)成的全波整流電路， L 為輸出濾波電感， C4為輸出濾波電容。 圖 23 推挽式開關(guān)電源主回路 （ 2）半橋電路 如圖 24所示。改變開關(guān) VT1和 VT2的占空比，就可改變二次整流電壓 Ud的平均值，也就改變了輸出電壓 Uo 。開關(guān) VT1和 VT2均采用 PWM 控制方式，且開關(guān) VT1和 VT2交替導(dǎo)通。繞組 W3和 VD3構(gòu)成磁復(fù)位電路，反激時(shí)將磁化能量返回至電源。 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 21 單端反激型開關(guān)電源主回路 單端正激型開關(guān)電源變換器 圖 22 所示為單端正激型開關(guān)電源的主回路， 當(dāng)功率晶體管 VT 導(dǎo)通時(shí)，整流二極管VD1也同時(shí)導(dǎo)通。故稱此電路為反激型電路。與之對(duì)應(yīng)的高頻變壓器副邊電壓為上負(fù)下正，此時(shí)整流二極管 VD1承受的是反向偏置電壓，故不導(dǎo)通。 (3)BuckBoost 電路 ： 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo大于或小于輸入電壓 Ui， 極性相反，電感傳輸。 非隔離式開關(guān)變換器 非隔離式開關(guān)變換器在電氣上輸入與輸出不隔離的。采用的是 PWM 控制方式，利用 UC3842 作為控制保護(hù)電路， 精密可調(diào) 穩(wěn)壓源 TL431 和線性光耦 PC817 作為反饋電路， 設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 可見，電力電子裝置小型化、輕量化最直接的途徑是提高開關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的高頻化?？疾炱茣r(shí)間可以定為 1 分鐘、 10分鐘、 1 小時(shí)、 8 小時(shí)或更長(zhǎng) [4]。溫度每變化 1℃ 所引起的輸出電壓相對(duì)變化△ UoT/UoT稱為相對(duì)溫度系數(shù)。則輸出電阻 為 ooR=LΔUΔI （ 15） （ 5） 最大紋波電壓 在額定輸出電壓和額定輸出電流條件下，輸出紋波 (包括噪聲 )電壓的絕對(duì)值大小，通常以峰值或有效值表示。與輸入交流電壓 Ui的相對(duì)變化量△ Ui/Ui之比，即 ： ooiiUUK UU?ΔΔ （ 12） （ 2） 電壓調(diào)整率 電壓調(diào)整率表示負(fù)載電流為額定值時(shí)輸入交流電壓在額定值上下變化 177。與輸入交流電壓變化量△ Ui之比，即 oiK?ΔUΔU （ 11） 它表示輸入交 流電壓變化△ Ui引起輸出電壓變化△ U。 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo) 衡量一臺(tái)穩(wěn)壓電源的好壞，一方面要從功能角度來看，即容量大小 (輸出電壓和輸出電流 )、調(diào)節(jié)范圍大小、效率高低等，人們稱其為使用指標(biāo)或性能指標(biāo) ； 另一方面要從外觀、形狀、體積、重量等直觀形象來 看，這些稱為電氣指標(biāo) ； 更重要的是要看它的質(zhì)量高低，即輸出電壓的穩(wěn)定度等，一般稱為質(zhì)量指標(biāo)。 （ 3）電源電路的模塊化、集成化 電源技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)是電源電路的模塊化、集成化。高頻化的結(jié)果，使開關(guān)損耗顯著增加。開關(guān)電源在電源技術(shù)中占有重要地位，從 10kHZ 發(fā)展到高穩(wěn)定度、大容量、小體積、開關(guān)頻率達(dá)到兆赫級(jí)的高頻開關(guān)電源。到了 1969 年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件改善，終于做成了 25 千赫的開關(guān)電源。所以開關(guān)電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓方法也較多。 (4)穩(wěn)壓范圍寬 開關(guān)電源的輸出電壓是由激勵(lì)控制信號(hào)的占空比來調(diào)節(jié)的。 (2)體積小，重量輕 從開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)框圖可以清楚看到，這里沒有采用笨重的工頻變壓器，再加上調(diào)整管 上耗散功率大幅度降低以后又省去了較大的散熱片。 開關(guān)電源工作原理不同于傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓電源，它是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性 開通和關(guān)斷 ， 通過 控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。特別是在發(fā)生世界性能源危機(jī)的年代，如何節(jié)能降耗引起人們廣泛關(guān)注。這樣調(diào)整管本身的功耗就會(huì)隨電源的輸出功率的增大而增大，使調(diào)整管急劇發(fā)熱。 (2) 體積大，重量重，不能微小型化 。 開關(guān)電源的 前身是線性穩(wěn)壓電源，由于主要功率調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，固而稱之為線性穩(wěn)壓電源。 第三個(gè)階段從 20 世紀(jì) 90 年代中期開始，集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊 (IPEM)技術(shù)開始發(fā) 展，它是當(dāng)今國(guó)際電力電子界函待解決的新問題之一。 開關(guān)電源經(jīng)歷了三個(gè)重要發(fā)展階段。開關(guān)電源不僅體積小而且損耗低，故幾乎己應(yīng)用在所有的電子設(shè)備中。另外，對(duì)控制系統(tǒng)的過電流保護(hù)、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)電路等保護(hù)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)主要介紹了開關(guān)電源的發(fā)展歷程，未來發(fā)展趨勢(shì)，以及開關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn)。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對(duì)電源的要求也越來越高。本人完全意識(shí)到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。華東交通大學(xué)理工學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料袋 題目名稱 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 分 院 指導(dǎo)教師姓名 職 稱 序號(hào) 資料名稱 袋內(nèi)有者劃√ 并寫明份數(shù) 序號(hào) 資料名稱 袋內(nèi)有者劃√ 并寫明份數(shù) 1 任務(wù)書 7 答辯專家評(píng)審表 2 開題報(bào)告 8 答辯評(píng)分表 3 原創(chuàng)性申明 9 成績(jī)匯總表 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 紙 （ ）張 5 指導(dǎo)教師評(píng)審表 11 軟件或程序 光盤□軟盤□ （ ）張 6 評(píng)閱人評(píng)審表 12 其 它 綜合評(píng)定成績(jī) 華東交通大學(xué)理工學(xué)院 Institute of Technology. East China Jiaotong University 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） Graduation Desi