畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì).doc

共45頁(yè)第1頁(yè)摘要穩(wěn)壓電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。在信息時(shí)代，農(nóng)業(yè)、能源、交通運(yùn)輸、通信等領(lǐng)域迅猛發(fā)展，對(duì)電源產(chǎn)業(yè)提出個(gè)更多、更高的要求，如節(jié)能、節(jié)材、減重、環(huán)保、安全、可靠等。這就迫使電源工作者不斷的探索尋求各種鄉(xiāng)關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。開(kāi)關(guān)電源是一種新型的電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高、耗能低、使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。本文在介紹了開(kāi)關(guān)電源的各種工作方式、其優(yōu)劣勢(shì)、設(shè)計(jì)方法及未來(lái)發(fā)展方向等的基礎(chǔ)上，對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)分為三個(gè)模塊進(jìn)行，分別為輔助電源模塊、PWM控制模塊、升壓電路部分，其中PWM控制電路為電源設(shè)計(jì)的核心。確定電路設(shè)計(jì)方案后，使用Multisim10對(duì)電路進(jìn)行仿真，并對(duì)電路的參數(shù)進(jìn)行配比，盡量使電路的參數(shù)達(dá)到最佳、使輸出電壓趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源，穩(wěn)壓，脈寬調(diào)制，功率共45頁(yè)第2頁(yè)目錄第一章開(kāi)關(guān)電源簡(jiǎn)介.41.1開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展背景.41.2開(kāi)關(guān)電源的基本原理與組成特點(diǎn).41.2.1開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理.41.2.2開(kāi)關(guān)電源的基本原理.51.2.3開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn).61.3開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展.61.3.1國(guó)際發(fā)展史狀況.61.3.2國(guó)內(nèi)發(fā)展情況.81.4開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi).81.5穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì).111.6開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)與基本設(shè)計(jì)要求.13第二章開(kāi)關(guān)變換電路.152.1濾波電路.152.2反饋電路.152.2.1電流反饋電路.152.2.2電壓反饋電路.162.3電壓保護(hù)電路.16第三章UC3842.183.1UC3842簡(jiǎn)介.183.1.1UC3842的引腳及其功能.183.1.2UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu).193.1.3UC3842的使用特點(diǎn).203.2UC3842的典型應(yīng)用電路.213.2.1反激式開(kāi)關(guān)電源.213.2.2UC3842控制的同步整流電路.223.2.3升壓型開(kāi)關(guān)電源.24第四章利用UC3842設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源.264.1電源設(shè)計(jì)指標(biāo).264.2具體電路設(shè)計(jì).264.2.1啟動(dòng)電路.264.2.2PWM脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路.284.2.3電路輸出部分的設(shè)計(jì).314.3電路整體分析.36第五章電源的測(cè)試及仿真.375.1仿真軟件Multisim10概述.37共45頁(yè)第3頁(yè)5.2電路測(cè)試.375.3仿真結(jié)果.395.4設(shè)計(jì)問(wèn)題及解決方法.41總結(jié).42參考資料.43致謝.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。共45頁(yè)第4頁(yè)第一章開(kāi)關(guān)電源簡(jiǎn)介1.1開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展背景電源powersupply；powersource向電子設(shè)備提供功率的裝置。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。發(fā)電機(jī)能把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能.發(fā)電機(jī).電池本身并不帶電,它的兩極分別有正負(fù)電荷,由正負(fù)電荷產(chǎn)生電壓(電流是電荷在電壓的作用下定向移動(dòng)而形成的),電荷導(dǎo)體里本來(lái)就有,要產(chǎn)生電流只需要加上電壓即可,當(dāng)電池兩極接上導(dǎo)體時(shí)為了產(chǎn)生電流而把正負(fù)電荷釋放出去,當(dāng)電荷散盡時(shí),也就電荷流(壓)消了.干電池等叫做電源。通過(guò)變壓器和整流器，把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。能提供信號(hào)的電子設(shè)備叫做信號(hào)源。晶體三極管能把前面送來(lái)的信號(hào)加以放大，又把放大了的信號(hào)傳送到后面的電路中去。晶體三極管對(duì)后面的電路來(lái)說(shuō)，也可以看作是信號(hào)源。整流電源、信號(hào)源有時(shí)也叫做電源。電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。電力電子技術(shù)的發(fā)展,特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發(fā)展,將開(kāi)關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平,使其具有高穩(wěn)定性和高性?xún)r(jià)比等特性。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求,從而促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。1.2開(kāi)關(guān)電源的基本原理與組成特點(diǎn)1.2.1開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種,實(shí)際應(yīng)用中,調(diào)寬式使用的較多,在目前開(kāi)發(fā)和使用的開(kāi)關(guān)電源集成電路中,絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理如圖1-1所示。共45頁(yè)第5頁(yè)圖1-1.調(diào)寬式開(kāi)關(guān)電源的基本原理對(duì)于單極性矩形脈沖來(lái)說(shuō),其直流平均電壓U0取決于矩形脈沖的寬度,脈沖越寬,其直流平均電壓值就越高。其中有:U0=UmT1/T式中,Um為矩形脈沖的最大電壓值；T為矩形脈沖周期,T1為矩形脈沖寬度。由此可知,當(dāng)Um與T不變時(shí),直流平均電壓U0將與脈沖寬度T1成正比。這樣,只要設(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄,就可以達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。1.2.2開(kāi)關(guān)電源的基本原理開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)關(guān)電源）是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開(kāi)關(guān)電源一般多采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制方式。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，開(kāi)關(guān)電源逐步向高頻化方向發(fā)展。高頻化使開(kāi)關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此，研究、開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)電源就變得十分必要，尤其在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源具有，效率高，輸出功率大，輸入電壓變化范圍寬，節(jié)約能耗等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛使用在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域中。開(kāi)關(guān)電源的工作原理就是通過(guò)改變開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通時(shí)間和工作周期的比值即占空比來(lái)改變輸出電壓，通常有三種調(diào)制方式:脈沖寬度調(diào)制(PWM)、脈沖頻率調(diào)制(PFM)和混合調(diào)制。PWM調(diào)制是指開(kāi)關(guān)周期恒定，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變占空比的方式，因?yàn)橹芷诤愣?，濾波電路的設(shè)計(jì)容易，是應(yīng)用最普遍的調(diào)制方式。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的主回路框圖如圖1-2所示，由隔離變壓器產(chǎn)生一個(gè)18V的交流，經(jīng)過(guò)整流濾波成一個(gè)直流，然后再進(jìn)行DC-DC變換，有PWM的驅(qū)動(dòng)電路，去控制開(kāi)關(guān)電源管的導(dǎo)通和截止，而產(chǎn)生出一個(gè)穩(wěn)定的電壓源，如圖1-2。共45頁(yè)第6頁(yè)圖1-2.1.2.3開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)開(kāi)關(guān)電源具有如下特點(diǎn)：(1)效率高。開(kāi)關(guān)電源的功率開(kāi)關(guān)調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%90%，高的可達(dá)90%以上；(2)重量輕。由于開(kāi)關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了；(3)穩(wěn)壓范圍寬。開(kāi)關(guān)電源的交流輸入電壓在90270V內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在2%以下。合理設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開(kāi)關(guān)電源的高效率；（4）安全可靠。在開(kāi)關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保障其功能可靠；(5)功耗小。由于開(kāi)關(guān)電源的工作頻率高，一般在20kHz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周?chē)恢乱蜷L(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開(kāi)關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。1.3開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展1.3.1國(guó)際發(fā)展史狀況（1）發(fā)展史1955年美國(guó)的科學(xué)家羅耶（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的飽和來(lái)進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的晶體管直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來(lái)。從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)式和機(jī)械振子式換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的共45頁(yè)第7頁(yè)功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備上。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作耐壓較高、開(kāi)關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也能太高。60年代末，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了。從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要有工頻變壓器了。從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，并且在此基礎(chǔ)上誕生了無(wú)工頻降壓變壓器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。省掉了工頻變壓器，又使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。70年代以后，于這種技術(shù)有關(guān)的高頻、高反壓的功率晶體管，高頻電容，開(kāi)關(guān)二極管，開(kāi)關(guān)變壓器鐵心等元器件也不斷地被研制和生產(chǎn)出來(lái)，使無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速發(fā)展，并且被廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域中，從而使無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源中的佼佼者。（2）目前正在克服的困難隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子的高速發(fā)展、集成度高、功能強(qiáng)的大規(guī)模集成電路的不斷出現(xiàn)，使得電子設(shè)備的體積在不斷的縮小，重量在不斷的減輕。所有從事這方面研究和生產(chǎn)的人們對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的開(kāi)關(guān)變壓器還感到不是十分理想，他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開(kāi)關(guān)變壓器或者通過(guò)別的途徑來(lái)取代開(kāi)關(guān)變壓器，使之能夠滿足電子儀器和設(shè)備為小型化的需要。這是從事開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源研制的科技人員目前正在克服的第一個(gè)困難。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率是與開(kāi)關(guān)管的變換速度成正比的，并且開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中由于采用了開(kāi)關(guān)變壓器以后，才能使之有一組輸入得到極性、大小各不相同得多組輸出。要進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率，就必須提高電源的工作頻率。但是，當(dāng)頻率提高以后，對(duì)整個(gè)電路中的元件又有了新的要求。例如，高頻