開關電源設計

1、開關直流穩(wěn)壓電源設計摘要 直流穩(wěn)壓電源應用廣泛，幾乎所有電器，電力或者電子設備都毫不例 外的需要穩(wěn)定的直流電壓（電流）供電，它是電子電路工作的“能源”和 “動力”。不同的電路對電源的要求是不同的。在很多電子設備和電路中 需要一種當電網電壓波動或負載發(fā)生變化時，輸出電壓仍能基本保持不點 的電源。電子設備中的電源一般由交流電網提供， 如何將交流電壓 （電流） 變?yōu)橹绷麟妷海娏鳎┕╇姡坑秩绾问怪绷麟妷海娏鳎┓€(wěn)定？這是電子 技術的一個基本問題。解決這個問題的方案很多，歸納起來大致可分為線 性電子穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源兩類，他們又各自可以用集成電路或分立 元件構成。開關穩(wěn)壓電源具有效率高， 輸出功率

2、大， 輸入電壓變化范圍寬， 節(jié)約能耗等優(yōu)點。一、引言1.1 基本要求穩(wěn)壓電源。1. 基本要求 輸出電壓UO可調范圍：12V15V ; 最大輸出電流 IOmax ： 2A； U2從15V變到21V時，電壓調整率 SU<2% （IO=2A ）; IO從0變到2A時，負載調整率 Sl<5%（ U2=18V ）; 輸出噪聲紋波電壓峰 -峰值 UOPP<1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； DC-DC 變換器的效率 >70% （U2=18V,UO=36V,IO=2A）; 具有過流保護功能，動作電流 10 (th ) =2.5 ±0.2A ;1.2發(fā)揮部分(1

3、) 排除短路故障后，自動恢復為正常狀態(tài)；(2) 過熱保護；二、方案設計與論證幵關式直流穩(wěn)壓電源的控制方式可分為調寬式和調頻式兩種。實際應 用中，調寬式應用較多，在目前幵發(fā)和使用的幵關電源集成電路中，絕大 多數為脈寬調制(PWM )型。幵關電源的工作原理就是通過改變幵關器 件的幵通時間和工作周期的比值，即占空比來改變輸出電壓，通常有三種 方式：脈沖寬度調制(PWM )、脈沖頻率調制(PFM)和混合調制。PWM 調制是指幵關周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。因為周 期恒定，濾波電路的設計比較簡單，因此本次設計采用PWM調制方式實現電路設計要求。主要框架如圖1所示。由變壓器降壓得到交流電

4、壓，再經過整流濾波電路，將交流電變成直流電，然后再經過DC-DC變換，由PWM的驅動電路去控制幵關管的導通和截止，從而產生一個穩(wěn)定的電壓 源。圖1三、系統(tǒng)硬件電路設計3 . 1系統(tǒng)整體框圖幵關電源由隔離變壓器，整流濾波和DC-DC變換電路組成。設計的關鍵是DC-DC變換電路，它包含了幵干電源中的幵關器件，儲能器件，脈沖變壓器，濾波器，輸出整流等所有功率器件和控制模塊。而控制模塊的設計又是DC-DC的核心，一般DC-DC控制模塊使用專用的 PWM調制芯 片，本設計使用UC3842。芯片內部集成了誤差比較器，振蕩器， PWM 調制器等。在此情況下使用集成芯片加上少量的外圍電路即可構成PWM控制電路

5、，穩(wěn)定性能較好，控制簡單。圖23.2交流信號源所采用的交流信號源為19.6v、49kHz。采用此參數是為了使后面電路得到一個合適的電壓與電流。3.3整流模塊如圖3所示。當輸入電壓U處于正半周期時，二極管D1，D3導通， D2，D4截止。當輸入電壓 U處于負半周期時，D2，D4導通，D1，D3 截止。其中相關參數：(1) 整流電壓平均值 U2丄in td( t) 0.9U,n 0(2) 整流電流平均值(3) 流過每個二極管電流平均值(4) 每個二極管承受的最高反向電壓URM - 2U,(5)變壓器二次電流有效值IIm2sin t d t1.1110U2D2D33.4濾波模塊從整流模塊出來的半波電

6、流經過濾波模塊得到一個較為平整的直流 電流。如圖4所示。其原理為電壓的變化使的電容器一直處于一個充放電 的過程中，將電路中急劇變化的電流起到一個緩沖作用，從而得到一個平 穩(wěn)電流輸出。電容越大效果越好，出于成本、空間和作用效果綜合考慮， 我們采用1000uF的電容。半波電流直流電流圖43.5整流濾波綜合由題目可知，幵關穩(wěn)壓電源的前級電路主要由整流濾波電路構成。根據需要，降壓后得到19.6V的交流電，然后整流濾波得到穩(wěn)定直流送往后級 如圖5所示整流濾波仿真波形3.6矩形波發(fā)生模塊矩形波發(fā)生模塊如圖6所示UC38423.6換能模塊輸入電流通過場效應管使改變其電流的占空比從而使矩形電流變?yōu)?直流信號，

7、其中二極管作用為防止電流倒流，電容是為了進一步濾波使輸 出電流更為平整。如圖7所示。圖73.7調壓模塊使上級的電流通過三個電阻，其中一個為電位計，通過調整電位計來對分得的電壓進行調整，從而得到調壓的功能。如圖8所示。U2圖83.7重要元器件的參數計算如圖9所示。注：(當電源電壓50HZ , 220V時，U2=18v經橋式整流濾波后，可 得直流電壓為 U1=U2*1.3=23.4v，題目要求輸出電壓 U0=30v36v)根據題目測試條件取 U0=36v最大占空比 D= (U0- U1 ) / U0-=35%充電電感 L1>=2(U0- US)D(1-D)/I0*fs=105uf流過電感 L

8、1 的電流值 IL=30%IL(平均)=30%*I0/(1-D)=0.923A流過電感L1的峰值電流 L1=1.15*I0/(1-D)=3.54ACL=U0*U0*DT/U0I0=12.86MF圖9四、總結電子設備離不幵電源，電源是電子設備的重要組成部分，電源的質量 直接影響幵關電子設備工作的可靠性。本次我們設計直流串聯穩(wěn)壓電源， 通過穩(wěn)壓電源的設計，再進行硬件的驗證，對分析結果進行驗證。通過仿 真測試可以看出，通過此次設計使得我們的專業(yè)知識都有了顯著地提高， 也對電源更加的了解。最后感謝老師的們的細心指導。五、附件 附件一、主體電路設計圖附件二、仿真測試數據以與整流濾波后整體波的形態(tài)1.矩形波發(fā)生器仿真TIC3