【正文】 ......................... 38 負(fù)載特性測(cè)試 ...................................................................................... 38 負(fù)載特性測(cè)試電路圖 ................................................................ 38 負(fù)載特性測(cè)試所用器材 ............................................................ 38 負(fù)載特性測(cè)試數(shù)據(jù) .................................................................... 39 負(fù)載特性測(cè)試數(shù)據(jù)分析 ............................................................ 40 紋波特性測(cè)試 ...................................................................................... 40 紋波特性測(cè)試電路圖 ................................................................ 40 紋波特性測(cè)試所用器材 ............................................................ 41 紋波特性測(cè)試數(shù)據(jù) .................................................................... 41 紋波特性測(cè)試數(shù)據(jù)分析 ............................................................ 42 交流特性測(cè)試 ...................................................................................... 42 交流特性測(cè)試電路圖 ................................................................ 42 交流特性測(cè)試器材 .................................................................... 43 交流特性測(cè)試數(shù)據(jù) .................................................................... 43 交流特性測(cè)試數(shù)據(jù)分析 ............................................................ 44 本章小結(jié) ............................................................................................................... 44 總結(jié) .............................................................................................................................. 45 致謝 ................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 開(kāi)關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空來(lái)調(diào)整輸出電壓，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源是直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整，不需要電源變壓器，工作頻率高，濾波電容小、電感小，所以體積相對(duì)較小，而且開(kāi)關(guān)電源的功耗較低，對(duì)電網(wǎng)的適用能力強(qiáng)，所以開(kāi) 關(guān)電源的應(yīng)用逐漸取代了傳統(tǒng)的電源。電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 I 摘要 針對(duì)晶體管串聯(lián)提供穩(wěn)壓電源的具有體積很大而且笨重的工頻變壓器，體積和重量都很大的濾波器，占用較大空間，質(zhì)量較大，效率較低不適用現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展的的缺點(diǎn)，提出了發(fā)展新型電源的意見(jiàn)。為了能夠適用電力電子越小型化、輕型化的要求，開(kāi)關(guān)電源隨之出現(xiàn)。開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展促使了電力電子器件朝著輕薄化的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，合適的器件，是設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的重中之重。 參考資料 ...................................................................................................................... 46 附錄 1 元件清單 ......................................................................................................... 47 附錄 2 總電路圖 ......................................................................................................... 49 附錄 3 實(shí)物 ................................................................................................................. 50 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 第一章 緒論 開(kāi)關(guān)電源的產(chǎn)生 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的時(shí)代背景 在開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生之前，電源是晶體管串聯(lián)構(gòu)成穩(wěn)壓電源。但是晶體管串聯(lián)提供穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是通常都需要體積很大而且笨重的工頻變壓器，體積和重量都很大的濾波器，這樣就會(huì)使得傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源占用很多的空間，質(zhì)量也比較大。另一方面，由于在調(diào)整管上消耗很大的功率，使得調(diào)整管的溫升會(huì)較高，所以當(dāng)需要采用大功率調(diào)整管時(shí)，必須在調(diào)整管上裝上體積很大的散熱器。 開(kāi)關(guān)電源的產(chǎn)生 伴隨著計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子設(shè)備越來(lái)越小型化和低成本化，就促使電源朝著輕、薄、小和高效率的方向發(fā)展。在將近半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展過(guò)程中，開(kāi)關(guān)電源由于具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)從而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并在電子整機(jī)與設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。所以它的功耗小，效率可 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 以高達(dá) 70%~95%。 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源是直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流，濾波，調(diào)整，然后再由開(kāi)關(guān)調(diào)整管來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器。它對(duì)電網(wǎng)的適用能力也有較大的提高，一般的串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍只有 220V+10%，但是開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓在 110~260V范圍內(nèi)變化時(shí)，都可以獲得穩(wěn)定的輸出電壓。在 20 世紀(jì) 90 年代，開(kāi)關(guān)電源廣泛的應(yīng)用于電子、家電領(lǐng)域，開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時(shí)期。由于其高效節(jié)能可以給我們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，所以得到了社會(huì)各方面的重視從而能夠得到推廣。但是隨著我國(guó)電源企業(yè)的不斷發(fā)展和壯大，企業(yè)的研發(fā)能力和生產(chǎn)能力的得到了提高。產(chǎn)品性能發(fā)展到一定階段后，人性化設(shè)計(jì)顯得最為重要，怎樣能讓用戶更加輕松、更自如的應(yīng)用產(chǎn)品越來(lái)越受到電力電源廠商的重視。 價(jià)格：電力電源產(chǎn)品 因?yàn)樗袠I(yè)的特殊型，客戶對(duì)產(chǎn)品安全性，穩(wěn)定型有了更高的要求，但是對(duì)價(jià)格的敏感性卻很低，因此廠商對(duì)價(jià)格有一定的定價(jià)能力。所以，未在來(lái)幾年內(nèi)電力電源的價(jià)格主要是隨著原材料價(jià)格的波動(dòng)而波動(dòng)，但是技術(shù)因素的發(fā)展也會(huì)在很大程度上影響開(kāi)關(guān)電源的價(jià)格。電力設(shè)備行業(yè)的特 殊性給渠道銷售商提出了更加苛刻的要求。 服務(wù)：在電力電源市場(chǎng)中，服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)力的核心在于服務(wù)趨于規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)?；?。因此，對(duì)于價(jià)格相同，質(zhì)量類似的電力電源產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，優(yōu)質(zhì)、專業(yè)的服務(wù)將成為各大廠商差異化戰(zhàn)略中最重要的部分之一。 20 世紀(jì) 90 年代初《通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器》和《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)、服務(wù)用戶起到了重要作用，對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源在電信行業(yè)的循序推廣也起到了積極的作用。 國(guó)外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展取決于各反面的因素。而半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體器件的材料，性能最優(yōu)越的碳化硅材料由于制造困難，成為阻礙半導(dǎo)體器件發(fā)展的最主要的原因，而利用省話費(fèi)直接從氣態(tài)狀態(tài)生長(zhǎng)晶體，使得碳化硅得到的發(fā)展，從而推動(dòng)了半導(dǎo)體器件的發(fā)展。平面變壓器沒(méi)有銅導(dǎo)線，代之以單層或多層印刷電路板，因而厚 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 度遠(yuǎn)低于常規(guī)變壓器，能夠直接制作在印刷電路板上。 電力電子產(chǎn)品或電路的發(fā)展方向是模塊化、集成化。功率半導(dǎo)體器件則有功率集成電路 (Power IC)和 IPM。由于外部接線、焊點(diǎn)減少，可靠性顯著提高。 開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的整體趨勢(shì) 小型化、薄型化、輕量化、高頻化：開(kāi)關(guān)電源的重量、體積主要是由儲(chǔ)能元件（即磁性元件和電容）決定的，所以開(kāi)關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲(chǔ)能元件的體積；在一定范圍內(nèi)，開(kāi)關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 高可靠性：開(kāi)關(guān)電源使用的元器件相比較比連續(xù)工作電源要少數(shù)十倍，所以可靠性得到了提高。這樣不但解決了電路復(fù)雜、可靠性差的問(wèn)題，也增加了保護(hù)等功能，簡(jiǎn)化了電路，提高了平均無(wú)故障時(shí)間。簡(jiǎn)單地追求高頻化，噪聲也會(huì)隨之增大。所以，盡可能地降低噪聲影響是開(kāi)關(guān)電源的又一發(fā)展方向。在電路中引入微機(jī)檢測(cè)和控制，可構(gòu)成多功能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄并自動(dòng)報(bào)警等。因?yàn)閲?guó)家對(duì)能源和環(huán)保問(wèn)題日益重視，電力行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整勢(shì)在必行；隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，開(kāi)關(guān)電源在節(jié)能降耗環(huán)保問(wèn)題上的作用日益顯著；高效、大容量機(jī)組漸成市場(chǎng)主力，有效拉動(dòng)電源市場(chǎng)需求，所以中國(guó)電力電源市場(chǎng)的這種變化與我國(guó)宏觀政策導(dǎo)向和電力行業(yè)的影響密不 可分。這種電力行業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變顯著拉動(dòng)了大容量電源的市場(chǎng)需求，從而有效帶動(dòng)開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)。中國(guó)電力電源廠商有近 1000 家，分布地域廣而分散，市場(chǎng)規(guī)模亦較為均衡，廠商市場(chǎng)占有率均在 10%以下。隨著競(jìng)爭(zhēng)的加劇，電力電源廠商在市場(chǎng)規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)研發(fā)能力上充分重視起來(lái)，以提高品牌影響力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。電力電源產(chǎn)品與電子技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展密切相關(guān)。這種由于技術(shù)進(jìn)步帶動(dòng)的產(chǎn)品創(chuàng)新同時(shí)受到市場(chǎng)的認(rèn)可。 本章小結(jié) 開(kāi)關(guān)電源是電力電子發(fā)展的必然產(chǎn)物，順應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展，它的出現(xiàn)已經(jīng)帶來(lái)了技術(shù)的革新。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 第二章 開(kāi)關(guān)電源的幾種結(jié)構(gòu) boost 電路 電路圖 圖 21 boost電路 boost 電路的工作原理 Boost 電路（圖 21）即為升壓斬波電路，當(dāng) V1 導(dǎo)通時(shí)，能量從輸入電源流入，并儲(chǔ)存于電感 L1 中，由于 Q1 導(dǎo)通期間正向飽和管壓降很小，故這時(shí)二極管 D1 反偏，負(fù)載由濾波電容 C 供給能量，將 C1 中儲(chǔ)存的電能（ CV0*V0/2）釋放給負(fù)載 R。 在 Q1 導(dǎo)通的 Ton 期間，能量?jī)?chǔ)存于電感 L1 中，在 Q1 截止的 Toff 期間，電感 L1 釋放的能量補(bǔ)充在 Ton 期間給電容 C1 上損失的能量。所以，如果在 Ton 期間吃內(nèi)存的能量要在 Toff 期間釋放出來(lái)，那么，L1 上的脈沖必定比較高的。 穩(wěn)壓電源達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，輸出電壓穩(wěn)定在所需的恒定值 V0，只要適當(dāng)選擇電 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 容 C1，輸出紋波可做得足夠小，當(dāng)要求紋波為Δ V0，直流輸出電流為 I0 是，由于在管子導(dǎo)通期間全部負(fù)載都由 C1 供電，因此選擇 C1 取決于下式： C1=V0Ton0I? 當(dāng) Q1 導(dǎo)通時(shí)，忽略管子導(dǎo)通壓降，電感 L1 上的電壓為輸入電壓 V1,并且電流按 t??I = L1V1 速率線性上升，周期 Ton 期間 V1 導(dǎo)通時(shí)， L1 中的電流增量為 Δ I（ +） =（ L1V1 ） Ton。由于占空比 D總是小于 1， V0 總是大于 V1。 boost 電路特點(diǎn) boost 電路的電路相比較其他電路來(lái)的簡(jiǎn)單，所以成本比較低，另外 boost電路的輸出電壓高于輸入電壓，能夠起到升壓作用。由 boost 電路最為顯著的特點(diǎn)可以知道， boost 電路只適用于升壓電路。當(dāng)控制脈沖使 Q1 導(dǎo)通之后， C 開(kāi)始充電，輸出電壓 V0 加到負(fù)載 R 兩端，在 C 充電過(guò)程中，電感 L1 內(nèi)的電流逐漸增加，儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量也逐漸增加。經(jīng)過(guò) Ton 時(shí)間以后，控制信號(hào)使 Q1 截止， L1 中的電流減小， L1 中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量便通過(guò)續(xù)流二極管 D1 傳遞給負(fù)載。經(jīng)過(guò)時(shí)間 Toff 后，控制脈沖又使 Q1 導(dǎo)通，上述過(guò)程重 復(fù)發(fā)生。建設(shè)Q1 具有理想的開(kāi)關(guān)特性，其正向 飽和管壓降可以忽略，所以可以列出以下的方程： VL =V1V0=LdtdiL 由此可得出： 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9