【正文】 院畢業(yè)論文 第 25 頁 共 43 頁 濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。電容 濾波電路如圖 2所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容 C。此時(shí) C相當(dāng)于并聯(lián)在 v2上，所以輸出波形同 v2 ，是正弦波。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容 C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載 Ｒ L放電。在剛過 ?t=?/2 時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。在超過 ?t=?/2 后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。電容濾波過程見圖 。 圖 電容濾波外特性曲線 (4).電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算 負(fù)載平均電壓 VL升高，紋波減少，且 RLC 越大，電容放電速率越慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。 電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。 變壓器 變壓器不論工作頻率高低，都是通過電磁感應(yīng)來傳輸能量的。如果傳輸?shù)哪芰繛槎ㄖ?，工作頻率高，在一定時(shí)間內(nèi)傳輸能量的次數(shù)多，每一次傳輸?shù)哪芰靠梢陨?，則變壓器用的材料少，結(jié)構(gòu)尺寸小。 使用條件包括兩方面內(nèi)容：可靠性和電磁兼容性。一般使用條件對高頻電源變壓器影響最大的是環(huán)境溫度。 電磁兼容性是指高頻電源變壓器既不產(chǎn)生對外界的電磁干擾，又能承受外界的電磁干擾。高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因之一是磁芯的磁致伸縮。屏蔽是防止電磁干擾，增加高頻電源變壓器電磁兼容性的好辦法。 高頻電源變壓器完成功能有 3個(gè)：功率傳送，電壓變換和絕緣隔離。第一種是變壓器功率的傳送方式，加在原繞組上的電壓，在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應(yīng)電壓，從而使電功率從原邊傳送到副邊。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值 Bm 變化到剩余磁通密度 Br，或者從Br 變化到 Bm。為了提高 ΔB ，希望Bm 大， Br小。磁通密度變化值 ΔB=2Bm ，為了提高 ΔB ，希望 Bm 大，但不要求 Br 小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)。傳送功率決定于電感磁芯儲能，而儲能又決定于原繞組的電感。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數(shù)不一 樣，但是在高頻電源變壓器設(shè)計(jì)中，磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。不管功率傳送是哪一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原繞組和副繞組匝數(shù)比，只要不改變匝數(shù)比，就不影響電壓變換。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 29 頁 共 43 頁 絕緣隔離通過原邊和副邊繞組的絕緣結(jié)構(gòu)來完成。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數(shù)不能太少，否則，匝間或者層間電壓相差大，會引起局部短路。 高頻電源 變壓器，遵守變壓器基本原理： 1） 遵守變壓器的同名端原理。 3） 原副邊電壓比正比于線圈軋數(shù)比，電流比則反比于線圈軋數(shù)比。 反激式變壓器的工與正激式變壓器不同。因此，典型的變壓器阻抗折算和一次、二次繞組匝數(shù)比關(guān)系不能在這里直接使用。圖 是反激式變壓器二次繞組的安排。其振蕩過程為： 當(dāng)接通電源時(shí)， R6 提供 Q1 的基極正偏電壓， Q1 導(dǎo)通， Ic1 通過 L13， L24 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢上負(fù)下正，經(jīng) C R4 加到 Q1 的基極，使 Ic1 增大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的正反饋，使 Q1很快進(jìn)入飽和。三極管 Q1完全進(jìn)入飽和后，開關(guān)管的集電極電流很大，在 R3 上產(chǎn)生上為正下為負(fù)的壓降，該電壓的正極通過 R2 加至 Q2 的基極，負(fù)極加至 Q2 的發(fā)射極，使 Q2導(dǎo)通，從而使 Q1 的基極電流減小， Q1 的集電極電流減小，儲能電感 L13 產(chǎn)生上為負(fù)下為正的感生電動(dòng)勢，經(jīng)過變壓器 T1的耦合，在 L24 電感上產(chǎn)生上為正下為負(fù)的感生電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢經(jīng) C5 耦合，負(fù)極通過 C R4 耦合至 Q1，使 Q1 基極電流進(jìn)一步減小，該過程形成一個(gè)強(qiáng)烈的正反饋，使 Q1迅速由飽和狀態(tài)進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。從而完成一個(gè)周期的振蕩。 輸出直流電壓的形成 本電源有兩組直流穩(wěn)壓輸出： +24V,+5V。 當(dāng) Q1 導(dǎo)通時(shí)，繞組 L13 上的感生電動(dòng)勢上為正下為負(fù) ，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)勢為上為負(fù)下為正，使 D D8 反向偏置，均處于截止， T1 處于儲能狀態(tài)。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。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 32 頁 共 43 頁 它由電源變壓器 Tr 整流二極管 D和負(fù)載電阻 RL 組成，變壓器的初級接 交流電源，次級所感應(yīng)的交流電壓為 ： （式 46） 其中 U2m為次級電壓的峰值， U2 為有效值。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?？僧嫵稣鞑ㄐ稳鐖D （ b） 所示。 半波整流電路簡單，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、要求較低的場合。其濾波原理如下： 電容 C 并聯(lián)于負(fù)載 RL的兩端， UL＝ UC。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)。在 U2達(dá)到最大值以后開始下降，此時(shí)電容器上的電壓 UC也將由于放電而逐漸下降。直到下一個(gè)正半周，當(dāng) U2 ＞ UC時(shí)， D 又導(dǎo)通。顯然比未并電容 C 前平滑多了。 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì) XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 35 頁 共 43 頁 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。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。 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)果通過光耦反饋到 Q2的基極實(shí)現(xiàn)對脈沖寬度的調(diào)制。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。 圖 三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管 圖 是該器件的符號。 TL431 的具體功能可以用如圖 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 36 頁 共 43 頁 的功能模塊示意。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)，三極管中才會有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著 REF端電壓的微小變化，通過三極管的電流將從 1到 10mA變化。如圖 ，當(dāng) R1 和 R2的阻值確XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 37 頁 共 43 頁 定時(shí)，兩者對 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。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。 穩(wěn)壓過程 本電源電路是一種 高精度 的 直流穩(wěn)壓電源 。光藕合器在開關(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通路。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。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。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XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 38 頁 共 43 頁 的電流增加，其發(fā)光強(qiáng)度也對應(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。 過電流限制功能設(shè)計(jì) 本電源還具有對開關(guān)調(diào)整管的過電流限制保護(hù)功能。其電路工作過程描述如下：當(dāng)開關(guān)調(diào)整管 Q1 的集電極電流過大時(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 R2 電阻加到 Q2 的基極和發(fā)射極之間，使 Q2 導(dǎo)通。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 39 頁 共 43 頁 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。T1 將 L13 的能量傳遞給次級，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。 PCB 板圖 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 40 頁 共 43 頁 調(diào)試過程 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。 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量數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果，首先要觀察有無異?，F(xiàn)象，包括有無冒煙、有無異常氣味 等異常 現(xiàn)象。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 41 頁 共 43 頁 ③測量數(shù)據(jù) 在以上檢查均無誤后，即可通電測量數(shù)據(jù)。用萬用表測量數(shù)據(jù)正確。 ② 調(diào)試過程中，因電路有高壓，所以 千萬不可用直接去碰元器件或線路，以免引起安全事故。 在 作了仔細(xì)的 檢修和 檢測 調(diào)試 之后 ，保證 了 電路能穩(wěn)定地工作。 XX 學(xué)院畢業(yè)論文 第 42 頁 共 43 頁 結(jié)束語 開關(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)際問題需要在實(shí)踐中不斷加以總結(jié)和完善，只有通過實(shí)踐才能使設(shè)計(jì)不斷