【正文】 到 應(yīng)用。 90年代我國(guó)又研制開發(fā)了一批新型專用 開 關(guān)電源 ， 典型例子如下： 。特點(diǎn)是：多路輸出，不可維修性，要求長(zhǎng)期不改變性能，設(shè)置冗余模塊，可靠性高，EMC 滿足空間環(huán)境條件，高效，輕小。 3. 1000kW 牽引變流器 4500V／ 1200A GTO 門控 250W 開關(guān)電源。用 4 臺(tái) 10kw 全橋多諧振 ZVS 變換器并聯(lián)。輸出 20kW， 500A，開關(guān)頻率 40kHZ，效率 92％。要求電源沖擊電流小，動(dòng)態(tài)特性好，負(fù)載 不 影響軟開關(guān)性質(zhì)。供繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置及蓄電池充電用。主開關(guān)管用 IGBT 或功率 MOSFET?？梢钥闯?20～ 30 年中，我國(guó)開關(guān)電源的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)性能有很大進(jìn)展，這與 國(guó) 家基礎(chǔ)工業(yè)和國(guó)力增強(qiáng)有密切關(guān)系，也和國(guó)際先進(jìn)開關(guān)電源技術(shù)影響有關(guān)。 90 年代，中小型（ 500W 以下） AC－ DC和 DCDC開關(guān)電源的特點(diǎn)是：高頻化（開關(guān)頻率達(dá) 300－ 400kHZ）以達(dá)到高功率密度，體小量輕；力求高效和高可靠；低成本；低輸出電壓（ ≤3V ） ； AC 輸入端高功率 因 數(shù)等。 主要技術(shù)標(biāo)志 從技術(shù)上看，幾 十年來推動(dòng)開關(guān)電源性能和技術(shù)水平不斷提高的 主 要標(biāo)志是： 器件的開發(fā)使實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源高頻化有了可能。超快恢復(fù)功率二極管， MOSFE 同 步整流技術(shù)的開發(fā)也為高效低電壓輸出（例如 3V）開關(guān)電源的研制有了可能。 關(guān)變換器的實(shí)現(xiàn)有了可能。開關(guān)電源高頻化可以縮小體積重量，但開關(guān)損耗XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁(yè) 共 43 頁(yè) 卻更大了（功耗與頻率成正比）。 70 年代 諧振 開關(guān)電源奠定了軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)。我國(guó)已將最新軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于 6KW通信電源中，效率達(dá) 93%。如電流型控制及多環(huán)控制，電荷控制，一周期控制，功率因數(shù)控制， DSP 控制；及相應(yīng)專用集成控制芯片的研制成功等，使開關(guān)電源動(dòng)態(tài)性能有很大提高，電路也大幅度簡(jiǎn)化。 由于輸入端有整流 —— 電容 元件， AC－ DC 開關(guān)電源及一大類整流電源供電的電子設(shè)備（如逆變器， UPS）等的電網(wǎng)測(cè)功率 因 數(shù)僅為 ，80 年代用 APFC 技術(shù)后可提高到 ～ ，既治理了電網(wǎng)的諧波 “ 污染 ” ，又提高了開關(guān)電源的整體效率。 磁材料和新型變壓器的開發(fā)。 6.新型電容器和 EMI 濾波器技 術(shù)的進(jìn)步，使開關(guān)電源小型化并提高了 EMC 性能。 90年代末又提出了新型開關(guān)電源XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 共 43 頁(yè) 的研制開發(fā)，這也是新世紀(jì)開關(guān)電源的發(fā)展遠(yuǎn)景。 開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 1. 小型、薄型、輕量化 由于電源輕、小、薄的關(guān)鍵使高頻化，因此，國(guó)外目前都在致力于同步開發(fā)新型元器件，特別使改善二次整流管的損耗、變壓器及電容小型化，并同時(shí)采用表面安裝（ SMT）技術(shù)在電路板兩面布置元器件以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。 采用軟開關(guān)技術(shù)可以使效率達(dá)到 85％～ 88％。追求壽命的延長(zhǎng)要從設(shè)計(jì)方面著手，而不是從使用方面著想。此外，還可以在電源系統(tǒng)建成后，根據(jù)發(fā)展需要不斷擴(kuò)大容量。采用部分諧振變換 技術(shù)，在原理上說明可以高頻化，又可以低噪聲。 6. 抗電磁干擾（ EMI） 當(dāng)開關(guān)電源在高頻下工作時(shí)，其噪聲通過電源線產(chǎn)生對(duì)其他電子設(shè)備干擾，世界各國(guó)已有抗 EMI 的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。中央處理單元實(shí)現(xiàn)智能控制，可自動(dòng)診斷故障，減少維護(hù)工作量，確保正常運(yùn)行。 9. 產(chǎn)品更新加快 目前開關(guān)電源產(chǎn)品要求輸入電壓通用（使用世界各國(guó)電網(wǎng)電XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁(yè) 共 43 頁(yè) 壓規(guī)模），輸出電壓范圍擴(kuò)大（入計(jì)算機(jī)和工作站需要增加 這一擋電壓，程控需要增加直流 150V 電壓），輸入端公里因數(shù)進(jìn)一步提高，具有安全、過壓保護(hù)等功能。 2．輸入 整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。 ： 根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源 。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 12 頁(yè) 共 43 頁(yè) 1. 穩(wěn)壓電路： 從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器 。該電路通過檢測(cè)輸出電壓的變化產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓，并將該誤差電壓反饋到逆變器去控制開關(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。光耦合器將輸出電路中取出的誤差電壓反饋到 PWM 控制器，再由 PWM 控制器控制開關(guān)晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷。 3. 保護(hù)電路 ： 由過電流 保護(hù)電路、過電壓保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路和浪涌吸收電路等組成。并聯(lián)在變壓器初級(jí)繞組上的電阻、電容組成浪涌吸收電路，用于泄放積蓄在變壓器漏感上的能量，保護(hù)開關(guān)管不被擊穿。在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是， PWM 開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。功率器件上的伏安乘積就是功率半XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 13 頁(yè) 共 43 頁(yè) 導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。脈沖的占空比是開關(guān)電源的控制器來調(diào)節(jié)。通過增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓組數(shù)。 控制器的主要目的式保持輸出電壓穩(wěn)定，其工作過程與線性形式的控制器很類似。它們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動(dòng)功率管之前要經(jīng)過一個(gè)電壓脈沖轉(zhuǎn)換單元。盡管它們各部分的布置差別很少，但是工作過程相差很大，在特定的場(chǎng)合下個(gè)有優(yōu)點(diǎn)。 升壓式變換器中峰值電流較高，因此只適合功率不大于 150W的應(yīng)用場(chǎng)合，在所有拓?fù)渲?，這類變換器所用的元器件最小，因而在中小功率的應(yīng)用場(chǎng)合中和流行。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第 3 章 設(shè)計(jì)思想與方案論證 設(shè)計(jì)思想 PWM 開關(guān)電源在使用時(shí)比線性電源具有更高的效率和靈活性。開關(guān)電源的重 量 要比線性電源輕的多。但是開關(guān)電源的成本較高 ?；谶@些問題，所以在本設(shè)計(jì)中，我們 著重作了考慮 。開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，拓?fù)漕愋团c電源各個(gè)組成部分的布置有關(guān)。這也是設(shè)計(jì)中性能價(jià)格折中的關(guān)鍵點(diǎn)。圖 3． 1 是一種簡(jiǎn)單正激式變換器電路，即所謂的 Buck 變換器。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 16 頁(yè) 共 43 頁(yè) 功率開關(guān)反饋CinCoutVoutVin控制+++DL V DI LtV inV fwdtI pkI minI load00 ? ?? ?mininouytPK V PI ? insw VV ? KWWPout 10 —? 圖 3． 1 Buck 電路 電路的工作可以看作一個(gè)機(jī)械飛 輪和單活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，電路的 LC濾波器就是飛輪，存儲(chǔ)從驅(qū)動(dòng)器輸出的脈沖功率。 LC 濾波器平均了占空比調(diào)制的脈沖電壓。 Buck 變XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 17 頁(yè) 共 43 頁(yè) 換器之所以被稱作降壓式變換器，是因?yàn)樗妮敵鲭妷罕仨毜陀谳斎腚妷?。?dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓加到 LC濾波器的輸入端 ，電感上的電流以固定斜率線性上升。 輸入的能量就存儲(chǔ)在電感鐵心材料的磁通中。續(xù)流電流環(huán)包括：二極管電感負(fù)載。當(dāng)開關(guān)再次導(dǎo)通時(shí)，二極管迅速關(guān)斷，電流從輸入電源和開關(guān)管流過。 直流輸出的負(fù)載電流在最大值和最小值 之間波動(dòng)。 2. 方案二 反激式變壓器。 其拓?fù)?、主要波形和一些估?jì)參數(shù)，如圖 3． 2。其拓?fù)?、主要波形和一些估?jì)參數(shù)，如圖 3． 3。 輸出XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 20 頁(yè) 共 43 頁(yè) 電壓的紋波峰峰值比升壓式變換器低，同時(shí)可以輸出比較高的功率，正激式變換器可以提供數(shù)千瓦的功率。 2 .方案二 反激式電路拓?fù)?，由于具有使用原器件少、本身固有效率比較高的特點(diǎn)，在功率低于 100～ 150W 的場(chǎng)合非常受歡迎。 3. 方案三 在 150～ 500W 范圍內(nèi)，半橋電路比較常用。半橋電路輸入電壓只 有一半加在變壓器一次惻，這導(dǎo)致電流峰值增加。 每種拓?fù)涠加凶约旱膬?yōu)缺點(diǎn)，有的拓?fù)淇赡艹杀颈容^底，但輸出的功率受到限制；而有的可以輸出足夠的功率，但成本比較高等。表 3． 1 是各種各樣拓?fù)浼捌湎鄳?yīng)的優(yōu)點(diǎn)。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 22 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在本文中，是設(shè)計(jì)一個(gè)管道煤氣泄漏報(bào)警電路的 PWM 開關(guān)電源。這種特殊的開關(guān)電源可以提供 2W 的輸出功率，可以用在手機(jī)充電器等產(chǎn)品中。 輸出： DC+5V，額定電流 200mA，最小電流 50mA DC+24V，額定電流 40mA，最小電流 20mA 輸出精度： +5V， 最大177。 5% 低電壓輸入限制：該電源產(chǎn)品允許最低輸入電壓為 AC200（177。 完成這一電路主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。如圖 （ a）所示。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦浴?電 流由 TR 次級(jí)上端經(jīng) D1→ RL → D3 回到 TR 次級(jí)下端，在負(fù)載 RL 上得到一半波整流電壓 ，如圖 所示 。 電流由 Tr次級(jí)的下端經(jīng) D2→ RL →D4 回到 Tr次級(jí)上端， 在負(fù)載 RL 上 也 得到一半波整流電壓 ，如圖 所示 。單相橋式整流電路的波形圖見圖 （ b）。輸出平均電壓為 : （式 41） 流過負(fù)載的平均電流為 : （式 42） 流過二極管的平均電流為 : （式 43） 二極管所承受的最大反向電壓 （式 44） 二級(jí)管的選擇應(yīng)主要考慮以上兩個(gè)因素。 XX 學(xué)