開(kāi)關(guān)電源開(kāi)題報(bào)告--多路輸出開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　題 目：多路輸出開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　1、研究背景和意義</b></p><p>　　開(kāi)關(guān)電源是在電子、通信、電氣、能源、航空航天、軍事以及家電等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的一種電力電子裝置。它

2、具有電能轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、和快速性好等優(yōu)點(diǎn)，在小功率范圍上基本上取代了線性調(diào)整電源，并迅速向中大功率范圍推進(jìn)，在很大程度上取代了晶閘管相控整流電源?？梢哉f(shuō)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)是目前中小功率直流電能變換裝置的主流技術(shù)。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源技術(shù)已有幾十年的歷史。早期產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)頻率很低，成本昂貴，僅用于諸如衛(wèi)星等尖端電子設(shè)備。20世紀(jì)60、70年代相繼出現(xiàn)的晶閘管和其他分立元件制作而成的開(kāi)關(guān)電源，均因效率低

3、下、開(kāi)關(guān)頻率低、電路復(fù)雜、難于調(diào)試等因素而難以普及。70年代后期，隨著集成電路設(shè)計(jì)與制造工藝水平的不斷提高各種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的開(kāi)關(guān)電源專(zhuān)用集成電路相繼出現(xiàn)，以及制造開(kāi)關(guān)電源的新材料、新器件成為開(kāi)關(guān)電源普及的主要?jiǎng)恿Α３烁鞣N集成電路外，一些新器件、新材料真正廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源，從而使開(kāi)關(guān)頻率已從20kHz發(fā)展到數(shù)百千赫茲甚至數(shù)兆赫茲，使開(kāi)關(guān)電源得以廣泛應(yīng)用。</p><p>　　在開(kāi)關(guān)電源輕型化、小型化、高效化的發(fā)展歷

4、程中，集成電路技術(shù)起了決定性的作用。近20年來(lái)，集成開(kāi)關(guān)電源是沿著如下兩個(gè)方向不斷發(fā)展的：一個(gè)方向是，對(duì)開(kāi)關(guān)電源的核心單元－控制電路的集成；另一個(gè)方向是，對(duì)中、小功率開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化，單片開(kāi)關(guān)電源實(shí)際上是一種AC-DC電源變換器。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)內(nèi)容及目的</b></p><p>　　我具體選擇的是一個(gè)PC主機(jī)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)。這就是一個(gè)四路

5、輸出的開(kāi)關(guān)電源。通過(guò)這個(gè)課題的設(shè)計(jì)可以使自己系統(tǒng)地掌握開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展過(guò)程、其相關(guān)的系統(tǒng)知識(shí)以及具體的開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法，還有目前比較前沿的開(kāi)關(guān)電源的一些知識(shí)。</p><p>　　3、擬采取的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　PC主機(jī)電源有5路輸出±5v和±12v還有電源正常P.G信號(hào)，還有待機(jī)電源</p><p><b>　　典型的如下：

6、</b></p><p>　　圖1.1 PC主機(jī)開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　其主要由主電路、控制電路和保護(hù)電路組成。在具體選擇方案時(shí)從以下幾方面考慮：</p><p><b>　　3.1 主電路</b></p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)眾多，其中適合小功率電源使用的有正激型、反激型和半橋

7、型，適合大功率電源的有正激型、半橋型和全橋型，其中正激型電路由分為單開(kāi)關(guān)正激型和雙開(kāi)關(guān)激型等多種。電路形式的最終確定，需要根據(jù)電源的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合和具體情況來(lái)確定。</p><p>　　從目前市場(chǎng)上流行的微機(jī)電源看，按主回路的不同，大體可以分為單管自激式PWM可調(diào)穩(wěn)壓電源和它激式半橋型PWM可調(diào)穩(wěn)壓電源兩大類(lèi)。前者電路簡(jiǎn)單、成本低，但輸出功率也較低，一般只適用于8bit微機(jī)。后者工作頻率較高、輸出功率較大，但電路結(jié)

8、構(gòu)復(fù)雜、成本較高，是目前PC市場(chǎng)上的主流電源。</p><p><b>　　3.2控制系統(tǒng)</b></p><p>　　開(kāi)關(guān)電源控制的主要目的就是要保持輸出電壓一定，而負(fù)載電流可以有很大的變化范圍，這就要通過(guò)負(fù)反饋來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。所有的電源控制器，無(wú)論線性電源還是開(kāi)關(guān)電源，都要檢測(cè)輸出電壓。反饋電壓輸入到稱(chēng)之為電壓誤差放大器的高增益運(yùn)算放大器的反向端，參考電壓輸入到運(yùn)

9、算放大器的同向端，運(yùn)算放大器輸出的就是參考電壓和輸出電壓的差值。運(yùn)算放大器把這誤差值放大了許多倍，這個(gè)輸出電壓稱(chēng)為誤差電壓，用誤差電壓信號(hào)來(lái)控制電源供給負(fù)載的能量。該值為正，說(shuō)明輸出電壓太低，電源要輸出更多的能量。反之如果是個(gè)負(fù)值，就說(shuō)明輸出電壓太高，要減小輸出的能量。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的控制方式，大致有以下三種:</p><p>　　(1)脈寬調(diào)制方式，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調(diào)制(Puls

10、e Width Modulation,縮寫(xiě)為PWM)式。其特點(diǎn)式固定開(kāi)關(guān)頻率，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)占空比。因開(kāi)關(guān)周期也是固定的，這就為設(shè)計(jì)濾波電路提供了方便。其特點(diǎn)是受功率開(kāi)關(guān)最小導(dǎo)通時(shí)間的限制，對(duì)輸出電源不能做寬范圍的調(diào)節(jié);另外輸出端一般要接假負(fù)載，以防止空載時(shí)輸出高電壓。目前，集成開(kāi)關(guān)電源大多采用PWM方式。</p><p>　　(2)脈沖頻率調(diào)制方式，簡(jiǎn)稱(chēng)脈頻調(diào)制(Pulse Frequency Modu

11、lation,縮寫(xiě)為PFM)式。它是將脈沖寬度固定，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率來(lái)調(diào)節(jié)占空比的。在電路設(shè)計(jì)上要用固定脈寬發(fā)生器來(lái)代替脈寬調(diào)制器中的鋸齒波發(fā)生器，并利用電壓頻率轉(zhuǎn)換器(例如壓控振蕩器VCO)改變頻率。其穩(wěn)壓原理是:當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，控制器輸出信號(hào)的脈沖寬度不變而周期變長(zhǎng)，使占空比減小，壓降低。PFM式開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很寬，輸出端可不接假負(fù)載。</p><p>　　(3)混合調(diào)制方式，使指脈沖寬度與脈沖

12、頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它屬于PWM和PFM的混合方式。由于今和T均可調(diào)節(jié)，因此占空比調(diào)節(jié)范圍最寬，適合供實(shí)驗(yàn)室使用的輸出電壓可以寬度范圍調(diào)節(jié)的開(kāi)關(guān)電源。</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制方式的控制方式，總的來(lái)說(shuō)可以分為電壓控制和電流控制兩種模式。無(wú)論電壓控制還是電流控制，都有輸出電壓反饋和電壓調(diào)節(jié)器，所不同的是電壓模式控制系統(tǒng)中，僅有一個(gè)電壓反饋控制環(huán)；而電流模式控制系統(tǒng)中，除電壓反饋控制環(huán)外，還存在

13、電流控制環(huán)。</p><p>　　20世紀(jì)70年代末期開(kāi)始出現(xiàn)了電流控制方式，其基本的思想是在輸出電壓閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，增加了直接或間接的電流反饋控制。電流模式控制的引入給開(kāi)關(guān)電源的控制性能帶來(lái)一次革命性的飛躍。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選用PWM的電壓模式控制 。</p><p><b>　　3.3軟開(kāi)關(guān)的選用</b></p>

14、<p>　　在主電路中，否采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)也是一個(gè)破費(fèi)斟酌的問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源的小型化、輕量化最直接的途徑是提高開(kāi)關(guān)頻率。但是在提高開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也同時(shí)增加，電路效率嚴(yán)重下降，電磁干擾也會(huì)增大，所以簡(jiǎn)單地提高開(kāi)關(guān)頻率是不行的。針對(duì)這些問(wèn)題出現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，它主要解決電路中的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲問(wèn)題，是開(kāi)關(guān)頻率可以大幅度提高。但實(shí)上，在眾多的軟開(kāi)關(guān)電路中，具有實(shí)際使用價(jià)值的并不多，目前較為成熟的是零電壓和零電流準(zhǔn)諧振電路、

15、移相全橋型零電壓開(kāi)關(guān)PWM電路及零電壓零電流轉(zhuǎn)換PWM控制電路等。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，通常需要綜合考慮可靠性、成本、效率等多方面因素?，F(xiàn)階段在一些情況下，采用硬開(kāi)關(guān)電路仍然合理的選擇，而對(duì)效率、體積和重量的要求非常高時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采用相應(yīng)的軟開(kāi)關(guān)電路。歲星和市場(chǎng)對(duì)電源體積和重量越來(lái)越苛刻的要求，軟開(kāi)關(guān)電路在電源中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因而從發(fā)展的角度看，軟開(kāi)關(guān)是未來(lái)電源技術(shù)的主流。</p>

16、;<p>　　本次設(shè)計(jì)從降低成本考慮，不采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。</p><p>　　3.4開(kāi)關(guān)電源電路的隔離技術(shù)</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源一般有兩部分組成：一是功率主電路，二是控制電路。離線變換器功率主電路進(jìn)線往往與市電網(wǎng)連接，電壓高，但輸出電路和控制電路多由低壓電子元器件所組成。為了人身和低壓電子元器件的安全，功率主電路與輸出電路應(yīng)該電氣隔離，即兩者不共地。常用的電氣隔離方案

17、有用變壓器實(shí)現(xiàn)隔離方案和變壓器和光耦合器結(jié)合實(shí)現(xiàn)隔離的方案。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用變壓器隔離。</p><p><b>　　4.主要研究方法</b></p><p>　　1.主電路的設(shè)計(jì)：主電路的設(shè)計(jì)通常在整個(gè)電源的設(shè)計(jì)過(guò)程中具有最為重要的地位，一旦完成設(shè)計(jì)，不易輕易改變，因此設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各方面問(wèn)題應(yīng)考慮周全，避免返工，造成時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的

18、浪費(fèi)。首先，要對(duì)主電路選型，對(duì)PC開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)采用半橋型，其工作頻率高、輸出功率較大，所以其性能較好。再就是元器件參數(shù)的計(jì)算了，包括變壓器的設(shè)計(jì)、輸出濾波電路的設(shè)計(jì)和開(kāi)關(guān)器件及二極管的設(shè)計(jì)。需要查生產(chǎn)廠家的器件的具體參數(shù)然后確定自己設(shè)計(jì)電路器件的具體參數(shù)。</p><p>　　2.控制電路的設(shè)計(jì)：目前市場(chǎng)上集成的控制器件比較多而且也已經(jīng)比較成熟。因此要具體的選擇合適的集成器件，并學(xué)習(xí)其功能及具體的使用方法。然后才

19、可以結(jié)合電流控制方面的知識(shí)具體設(shè)計(jì)控制電路。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選用SGS-Thomson公司生產(chǎn)的采用電壓模式控制的集成PWM控制器SG3525。</p><p><b>　　5、預(yù)期獲得的結(jié)果</b></p><p>　　本文的主要工作是對(duì)開(kāi)關(guān)電源有關(guān)知識(shí)進(jìn)行比較全面的介紹，并設(shè)計(jì)一種低成本的多路數(shù)輸出的計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)電源。</

20、p><p><b>　　6、課題進(jìn)度計(jì)劃</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　王兆安，電力電子技術(shù)，第四版，機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　2、童詩(shī)白，模擬電子技術(shù)，高等教育出版社，第四版，2002</p><p>　　3、閻石

21、，數(shù)字電子技術(shù)，高等教育出版社，第四版，2002</p><p>　　4、楊旭，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005 </p><p>　　5、何希才，新型開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用，科學(xué)出版社，2001</p><p>　　6、劉毓敏，實(shí)用開(kāi)關(guān)電源維修技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　7、(日)原田耕介主編；耿文學(xué)譯，開(kāi)關(guān)電源手