【正文】 ...................................................... 42 交流特性測試 ...................................................................................... 42 交流特性測試電路圖 ................................................................ 42 交流特性測試器材 .................................................................... 43 交流特性測試數(shù)據(jù) .................................................................... 43 交流特性測試數(shù)據(jù)分析 ............................................................ 44 本章小結(jié) ............................................................................................................... 44 總結(jié) .............................................................................................................................. 45 致謝 .............................................................................................................................. 46 參考資料 ...................................................................................................................... 47 附錄 1 元件清單 ......................................................................................................... 49 附錄 2 總電路圖 ......................................................................................................... 50 附錄 3 實(shí)物 ................................................................................................................. 51 文檔精品 歡迎下載 第一章 緒論 開關(guān)電源的產(chǎn)生 開關(guān)電源產(chǎn)生的時(shí)代背景 在開關(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。 開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空來調(diào)整輸出電壓，因?yàn)殚_關(guān)電源是直接對電網(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，所以體積相對較小，而且開關(guān)電源的功耗較低，對電網(wǎng)的適用能力 強(qiáng)，所以開關(guān)電源的應(yīng)用逐漸取代了傳統(tǒng)的電源。文檔精品 歡迎下載 摘要 針對晶體管串聯(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。為了能夠適用電力電子越小型化、輕型化的要求，開關(guān)電源隨之出現(xiàn)。開關(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)開關(guān)電源的重中之重。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源構(gòu)成的是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源，這種技術(shù)是比較成熟，而且那時(shí)已有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，而且具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓的穩(wěn)定，它集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，所以會導(dǎo)致調(diào)整管功率較大，電源效率就很低，這樣就造成了能源的浪費(fèi)。而現(xiàn)在的電子設(shè)備越來越小型化，所以傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)構(gòu)成的穩(wěn)壓電源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的要求。 20 世紀(jì) 50 年代，美國宇航局就以小型化、重量輕為目標(biāo)，為搭載火箭設(shè)計(jì)了開關(guān)電源。 開關(guān)電源是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過調(diào)整開關(guān)的占空比控制輸出電壓，以功率晶體管（ GTR）為 例，在開關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí)，集電極和發(fā)射集兩端的壓降近似零；在開關(guān)管截止時(shí)，其集電極電流為零。由于功耗很小，所以散熱器也隨之減小。而且開關(guān)工作頻率為幾十千赫，濾波電容、電感器的數(shù)值很小，所以，開關(guān)電源就具有質(zhì)量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，此外，由于開關(guān)電源的功耗小，機(jī)內(nèi)溫升較低，提高了電源的穩(wěn)定性和可靠性。 在 20 世紀(jì) 80 年代，計(jì)算機(jī)已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，領(lǐng)先完成了計(jì)算機(jī)的電源換代。 開關(guān)電源的基礎(chǔ)是電力電子技術(shù)，它運(yùn)用了功率變換器把電能進(jìn)行變換，經(jīng)過變換的電能就可以滿足各種用電的要求。 開關(guān)電源的發(fā)展 我國的開關(guān)電源的發(fā)展 產(chǎn)品與技術(shù)：在電力電源市場中，只有少數(shù)幾家廠商擁有核心技術(shù)，其他整機(jī)生產(chǎn)廠家只能依靠組裝生產(chǎn)，經(jīng)營區(qū)域化市場，這就對電力電源產(chǎn)品性能的發(fā)展產(chǎn)生抑制。雖然技術(shù)要求不斷降低，激烈的市場競爭也會促進(jìn)電力電源市場中的領(lǐng)頭軍努力的提高自己的技術(shù)，從而提高了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。近年來，一些電力 電子廠商的設(shè)計(jì)研發(fā)人員直接的與用戶接觸，了解他們的不同需要，針對需求來研發(fā)不同的電源，這就推動了開關(guān)電源的發(fā)展，使得開關(guān)電源的發(fā)展更加的成熟。同時(shí)，電力電源的成本中最大的比重是來自原材料，原材料的價(jià)格對電力電源的文檔精品 歡迎下載 價(jià)格具有比較大的影響。 渠 道：近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，電子商務(wù)的發(fā)展也呈現(xiàn)出迅猛式地增長，這使得電力設(shè)備的制造商有了更加便利的條件來進(jìn)行產(chǎn)品的直銷，拓展電源的銷售手段和渠道。全國性的渠道架構(gòu)、完善的服務(wù)售后體系、強(qiáng)大的市場推廣能力、豐富的市場營銷經(jīng)驗(yàn)和完整的配套解決方案提供能力，這些都是一個(gè)優(yōu)秀的渠道商應(yīng)該具備的要件。電力電源的維護(hù)是比較復(fù)雜的，只經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員才能擔(dān)任售后服務(wù)的工 作，以及能夠?qū)Ξa(chǎn)品的保養(yǎng)及維修、元件的更換等。電力電源廠商在日益激烈的競爭中脫穎而出的關(guān)鍵是降低服務(wù)成本，提高服務(wù)的專業(yè)化水平。隨著市場的擴(kuò)大，用戶對電源智能化的程度的要求越來越高，有關(guān)電源繼續(xù)紅監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)相繼被推出，使 得中國的電源業(yè)的發(fā)展得到了很好的維護(hù)。 功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展是開關(guān)電源發(fā)展的首要條件。 變壓器是開關(guān)電源中重要的必不可少的部件，平面表壓器是近兩年才面試的一種全新產(chǎn)品。其突出優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，因而體積大大縮小，相當(dāng)于常規(guī)變壓器的 20%；效率高，通常為 97%～ 99%；工作頻率高，從 50kHz 到 2MHz；低漏感 (小于 %)；低電磁干擾 (EMI)等。具有各種控制功能的專用芯片，近幾年發(fā)展很迅速，如功率因數(shù)校正 (PFC)電路用的控制芯片；軟開關(guān)控制用的 ZVS、 ZCS 芯片；移相全橋用的控制芯片； ZVT、 ZCT PWM 專用控制芯片；并聯(lián)均流控制芯片；電流反饋控制芯片等。 IPM 以 IGBT 作功率開關(guān)，將控制、驅(qū)動、保護(hù)、檢測電路一起封裝在一個(gè)模塊內(nèi)。集成化、模塊化使電源產(chǎn)品體積小、可靠性高，給應(yīng)用帶來極大方便。因此，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。而從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著通信電源的壽命，所以，要從設(shè)計(jì)方面著眼，盡可能使用較少的器件，提高集成度。 低噪聲：開關(guān)電源的缺點(diǎn)之一是噪聲很大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原 理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。 采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和控制：采用 CAA 和 CDD 技術(shù)設(shè)計(jì)最新變換拓?fù)浜妥罴褏?shù)，使開關(guān)電源具有最簡結(jié)構(gòu)和最佳工況。 文檔精品 歡迎下載 開關(guān)電源的現(xiàn)狀 今年來年中國電力電源市場呈現(xiàn)如下特征： 大容量電力電源產(chǎn)品的需求迅速提升，開關(guān)電源市場穩(wěn)步增長。受國家宏觀政策的影響，我國電力行業(yè)結(jié)構(gòu)有所調(diào)整，小火電機(jī)組相繼叫停，大型、高效機(jī)組陸續(xù)投產(chǎn)。 市場集中度較低，廠商競爭相對激烈。開關(guān)電源市場 集中度相對較低，廠商間競爭較為激烈成為開關(guān)電源市場的主要特征之一。 技術(shù)進(jìn)步驅(qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新。近年來，隨著我國電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，開關(guān)電源產(chǎn)品也朝著高頻化、高功率密度、高功率因素、高效率、高可靠性和高智能化方向發(fā)展?！熬G色”電源，模塊化電源的問世在節(jié)能、降耗、環(huán)保方面發(fā)揮了重要的作用，對于緩解我國的能源和環(huán)境 問題大有裨益。現(xiàn)在無論是國內(nèi)還是國外都在發(fā)展開關(guān)電源，所以其前景是美好的，開關(guān)電源在一定程度上取代傳統(tǒng)電源已經(jīng)是必然的趨勢了。當(dāng) V1 截止時(shí)，電感 L1 中電流不能突變，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢阻止電流減小，感應(yīng)電勢的極性為下正上負(fù)，二極管 D1 導(dǎo)通，電感中儲存的能量（ L1I*I/2）經(jīng)二極管 D1，流入電容 C1，并供給負(fù)載 R。 Q1 截止時(shí)，電感L1 上電壓跳變的幅值時(shí)與占空比有關(guān)的， Ton 愈大， L1 中峰值電流大，儲存的磁能愈大。假定開關(guān)管沒有損耗，并聯(lián)變換器電路在輸入電壓V1 和輸入電流 I1，能在較低的輸出電流 I0 下，輸出較高的電壓 V0。當(dāng) V1 截止時(shí) ，假定 L1 右端的電感反沖電壓等于輸出電壓 V0，則 L1 上的電壓為 V0V1， L1 中的電流以Δ I（ ） =（ V0V1） Toff/L1，而在穩(wěn)態(tài)， Ton 期間 L1 中電流的增量應(yīng)等于 Toff 期間電流的減量，Δ I（ +） =Δ I（ ），故有 L1V1Ton = L1V1)Toff(V0 V0=V1 ToffToffTon? =V1 ToffT =V1 TonTT =V1 D11 其中 D= TTon 由上式可知，當(dāng)改變占空比 D 時(shí)，就能獲得所需的上升的電壓值。 Boost電路能將電壓升高的原因是電感 L1 儲能之后具有使電壓泵升的作用，而電容 C 能將輸出電壓保持住。 boost 電路的轉(zhuǎn)換效率比較低，所 以電源電壓的利用率比較低，輸出的功率較小。 文檔精品 歡迎下載 buck 電路 buck 電路圖 圖 22 buck電路 buck 電路的工作原理 Buck 電路（圖 22）即為降壓斬波電路。此時(shí)續(xù)流二極管 D1 因反向偏置而截止。當(dāng)負(fù)載電壓低于電容 C 兩端的電壓時(shí)，C 便向負(fù)載放電。 當(dāng)控制信號使 Q1 導(dǎo)通時(shí)，電感 L1 中的電流從最小值 Ilmin 增加到最大值I lmax ，當(dāng)控制信號使 V 截止時(shí)， L1 中的電流又從最大值 Ilmax 下降到 Ilmin 。 由上式可知 ，輸出電壓 V0 越開關(guān)管的占空比 D=Ton/T 成正比，所以通過改變開關(guān)管的占空比可以控制輸出平均電壓的大小。 buck 電路的特點(diǎn) Buck 電路只能實(shí)現(xiàn)降壓，所以在任何時(shí)候，輸出電壓只能比輸入電壓低。 Buck 電路的輸出只有一路，不能用于多路輸出，除非加個(gè)第二級的電壓調(diào)節(jié)器，雖然 buck 電路即可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流總 是斷續(xù)的。 正激電路 正激電路圖 圖 23 正激電路 正激電路的工作原理 當(dāng)開關(guān)管 VF 導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓 V1 全部加到變換器一次繞組 W139。39。于此同時(shí)，在變壓器 T 中建立起磁化電流，當(dāng)VF 截止時(shí)， VD2 也截止，電感 L0 上的 電壓極性反轉(zhuǎn)，并通過續(xù)流二極管 VD3繼續(xù)向負(fù)載 R 供電，變壓器中的磁化電流則通過 W139。、 VD1 向輸入電源釋放而去磁。39。通常 W139。39。 VT 的導(dǎo)通時(shí)間應(yīng)小于截止時(shí)間，即占空比小于 ，否則 T 將飽和。= nlmaxi + w1LTVδ =nI0 + 02nLTδ ( nV1 V0)+ LwTV1δ VF 上的最大電壓： VVFmax =2V1 圖 24 正激變換器的波形圖 VD1 上的最大反向電壓： VVD1max =2V1 VD2 和 VD3 上最大電壓： VVD2max =VVD3max =V1/n V0 和 V1 關(guān)系： V0= W1W2 δ V1VVD2 VL0 文檔精品 歡迎下載 正激電路的特點(diǎn) 正激電路導(dǎo)通時(shí)輸入饋電給負(fù)載，截止時(shí) L 供電給負(fù)載，當(dāng)單管正激時(shí)，開關(guān)管的最大電壓為 2V1，變壓器的利用率不高（僅適