開關(guān)電源設(shè)計(jì)管理論文

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摘要

本設(shè)計(jì)是DC/DC直流開關(guān)電源設(shè)計(jì),首先將開關(guān)電源與線性電源進(jìn)行對比，總結(jié)了開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn),并對其當(dāng)前的發(fā)展以及在發(fā)展中存在的問題進(jìn)行了描述，然后在對開關(guān)電源的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹的基礎(chǔ)上，對開關(guān)電源的主回路和控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)：在主回路中整流電路采用單相橋式、功率轉(zhuǎn)換電路采用單端正激功率轉(zhuǎn)換電路、采用增加副邊繞組的方法實(shí)現(xiàn)多路輸出，其中功率轉(zhuǎn)換電路（DC/DC變換器）是開關(guān)電源的核心部分，對此部分進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)；控制電路采用PWM控制，控制器采用開關(guān)電源集成控制器GW1524、設(shè)計(jì)了過壓保護(hù)電路、電壓檢測電路和電流檢測電路，對各個(gè)部分的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算并進(jìn)行了元器件的選型。

【關(guān)鍵詞】DC/DC變換器、PWM控制、整流、濾波。

Abstract

Inthispaper,Idesignedaswitchpowersupplysystemwiththreeoutputs:Comparetheswitchpowerwithlinearpoweratfirst,hassummarizedtheadvantageoftheswitchpower,havedescribeditspresentdevelopmentandtherearenaturalquestionsindevelopment.Onthebasisofthethingthatthewholestructuretotheswitchpowerhasmadeanintroduction,tothemainreturncircuitandcontrollingthereturncircuittodesignoftheswitchpower:Therectificationcircuitadoptsthesingle-phasebridgetypeinthemainreturncircuit,thepowerchangesthecircuitandadoptsanddefiesthepowertochangethecircuit,realizebyincreasingthewindingofonepairofsidessingleandwellthatmanywaysareexported,itisakeypartoftheswitchpowersupplythatthepowerchangescircuit(DC/DCtransformer),havedesignedthispartespecially;ThecontrolcircuitadoptsPWMtocontrol,thecontrolleradoptstheswitchpowerintegratedcontrollerGW1524,designthecircuittomeasurevoltageandthecircuittoelmeasureectriccurrent,selectingtypeofcalculatingandcarryingonthecomponentsandpartstheparameterofeachpart.

Keyword：DC/DCtransformer,PWMcontrol,rectification,strainingwaves.

1概述

電子設(shè)備都離不開可靠的電源，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、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。

1.1開關(guān)電源的基本原理

開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖1-1所示，DC-DC變換器是進(jìn)行功率變換的器件，是開關(guān)電源的核心部件，此外還有啟動(dòng)電路、過流與過壓保護(hù)電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過誤差放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。

1.2開關(guān)電源與線性電源的比較

是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓。它的缺點(diǎn)是需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當(dāng)大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時(shí)，致使調(diào)整管的功耗太大，轉(zhuǎn)換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計(jì)算機(jī)等設(shè)備的需要，將逐步被開關(guān)電源所取代。

1.3開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用

當(dāng)前,開關(guān)電源新技術(shù)產(chǎn)品正在向以下"四化"的方向發(fā)展:應(yīng)用技術(shù)的高頻化;硬件結(jié)構(gòu)的模塊化;軟件控制的數(shù)字化;產(chǎn)品性能的綠色化。由此,新一代開關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)含量大大提高,使之更加可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。

開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。

近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了"智能化"功率模塊(IPM),這樣縮小了整機(jī)的體積,方便了整機(jī)設(shè)計(jì)和制造。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件間不再有傳統(tǒng)的引線相連,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的、熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完善的境地。

開關(guān)電源是一種采用開關(guān)方式控制的直流穩(wěn)定電源,它以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。而當(dāng)我們把開關(guān)電源的研究擴(kuò)大到可調(diào)高電壓、大電流時(shí),以及將研究新技術(shù)應(yīng)用于DC/AC變換器,即開拓了大功率應(yīng)用領(lǐng)域,又使開關(guān)電源的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了從發(fā)電廠設(shè)備至家用電器的所有應(yīng)用電力、電子技術(shù)的電氣工程領(lǐng)域。作為節(jié)能、節(jié)材、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)的開關(guān)電源,它的產(chǎn)品展現(xiàn)了廣闊的市場前景。例如,發(fā)電廠的貯能發(fā)電設(shè)備、直流輸電系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、機(jī)車牽引、交直流電機(jī)傳動(dòng)、不停電電源、汽車電子化、開關(guān)電源、中高頻感應(yīng)加熱設(shè)備以及電視、通訊、辦公自動(dòng)化設(shè)備等。

1.4開關(guān)電源當(dāng)前存在的問題

當(dāng)我們對該技術(shù)進(jìn)行深入研究后卻發(fā)現(xiàn)它仍然存在著一些問題需要解決，而且有的問題還帶有全局性：采用定頻調(diào)寬的控制方式來設(shè)計(jì)電源，都以輸出功率最大時(shí)所需的續(xù)流時(shí)間為依據(jù)來預(yù)留開關(guān)截止時(shí)間的，則負(fù)載所需的功率小于電源的最大輸出功率時(shí)就必然造成了工作電流的不連續(xù)；"反峰電壓"是開關(guān)導(dǎo)通期間存入高頻變壓器的勵(lì)磁能量在開關(guān)關(guān)斷時(shí)的一種表現(xiàn)，而勵(lì)磁能量只能在、也必須在開關(guān)關(guān)斷后的截止期間處理掉，既能高效處理勵(lì)磁能量又能有效限制反峰電壓的辦法是存在的，那就是要及時(shí)地為勵(lì)磁能量提供一個(gè)"低阻抗通道"，并且為勵(lì)磁能量的通過提供一段時(shí)間，但"單調(diào)"控制方法不具備這一條件；高頻變壓器的磁通復(fù)位問題；傳統(tǒng)的電流取樣方法是在功率回路中串聯(lián)電阻，效率不高，這個(gè)問題向來是電源技術(shù)，尤其是以小體積、高功率密度見長的開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的"瓶頸"；高頻開關(guān)電源的并聯(lián)同步輸出問題。

以上的問題看似彼此獨(dú)立，其實(shí)它們之間存在著一定的關(guān)聯(lián)性解決這些問題，也許還是一條艱難而漫長的路。

2整流電路的設(shè)計(jì)

整流是將交流電變成脈動(dòng)直流電的過程。電源變壓器輸出的交流電經(jīng)整流電路得到一個(gè)大小變化但方向不變的脈動(dòng)直流電。整流電路是由具有單向?qū)щ娦缘脑缍O管、晶間管等整流元件組成的。

2.1整流電路的選擇

單相整流電路有兩種：電容輸入型電路和扼流圈輸入型電路

電容輸入型的基本電路如圖2-1：（a）為半波整流電路（b）為中間抽頭的全波整流電路（c）橋式整流電路（d）倍壓整流電路。

扼流圈輸入型基本電路，用于負(fù)載電流I0較大的電路，扼流圈L的作用是抑制尖峰電流。

兩種基本電路的比較如下：(1)開關(guān)電源多采用脈寬調(diào)制方式，空載時(shí)開關(guān)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間非常短。其導(dǎo)通時(shí)間隨開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法不同而異，也有采用控制開關(guān)晶體管電路的延時(shí)進(jìn)行的間歇開關(guān)工作，這時(shí)，若采用扼流圈輸入型整流電路，接近空載時(shí)，扼流固變?yōu)榕R界值，逆流電路由扼梳閡輸入型變?yōu)闃I(yè)為電容輸入型。為此，從滿載到空載變動(dòng)時(shí)，整流輸出電壓變動(dòng)較大，空載時(shí)有可能進(jìn)入間歇開關(guān)領(lǐng)域。(2)開關(guān)電源的特點(diǎn)是效率高而體積小，若使用扼流圈時(shí)，為提高負(fù)載調(diào)整率需要接入扼流圈以及阻尼電阻。(3)扼流圈可能與次級側(cè)濾波回路產(chǎn)生諧振。

因此，開關(guān)電源的輸入整流電路采用電容輸入型。