畢業(yè)設計---開關(guān)穩(wěn)壓電源設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　選題目的及意義</b></p><p><b>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展</b></p><p><b>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的種類<

2、;/b></p><p>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源原理分析</p><p><b>　　Protel制板</b></p><p><b>　　七、參考文獻</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　開關(guān)電源技術(shù)是一門運用半導體功

3、率器件實現(xiàn)電能的高頻率變換，將粗電變換成精電，以滿足供電質(zhì)量要求的技術(shù)。由于在開關(guān)電源中半導體功率器件工作在高頻開關(guān)方式，因此它具有高效率，高功率密度，高可靠性。由于開關(guān)電源的突出優(yōu)點，開關(guān)電源更替線性電源是發(fā)展的必然趨勢。近年來，由于微型計算機的普及，通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，推動了開關(guān)電源技術(shù)的進步和產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。</p><p>　　開關(guān)電源技術(shù)設計涉及半導體功率器件應用技術(shù)，電子技術(shù)、自動控制理論、熱分析與設

4、計等，因此是一門多學科交叉的應用性技術(shù)。</p><p><b>　　選題目的及意義</b></p><p>　　電源在一個典型系統(tǒng)中擔當著非常重要的角色，從某種程度上，可以看成是系統(tǒng)的心臟，電源給系統(tǒng)的電源提供持續(xù)的穩(wěn)定的能量，使系統(tǒng)免受外部的侵擾并防止系統(tǒng)對其自身作出傷害，如果電源內(nèi)部發(fā)生故障，不應造成系統(tǒng)故障，然而，電源如此重要的作用并沒有得到應有的重視，在設計

5、一個系統(tǒng)時，電源系統(tǒng)總是首先被擱置一邊，直到設計最后才考慮電源的問題，出現(xiàn)這種原因只要有2個，第一，沒有人愿意接觸這個東西，因為所有的人都想設計更能令人振奮的電路，并且擁有電源方面專門只是的工程師，第二，在系統(tǒng)調(diào)試階段，一般由通用電源提供系統(tǒng)所需的電能，只有在產(chǎn)品集成的時候才會有人說：“啊呀，我們忘記設計電源了！”所以本篇章所概述的就是電源方面的知識，希望能讓更多的人了解開關(guān)電源，重視開關(guān)電源。</p><p>

6、　　三、開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展</p><p>　　3.1、國際發(fā)展狀況</p><p><b>　　（1）發(fā)展史</b></p><p>　　1955年美國科學家羅耶(G.H.Rover)，首先研制成功了利用磁芯的飽和來進行自激震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，從而取代了早期采用的壽命短

7、，可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)式和機械振子式換流設備，由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以由此而研制的穩(wěn)壓電源的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕。因而當時被廣泛應用于航天及軍事電子設備上，由于那時的微電子及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓較高，開關(guān)速度較高，功率較大的晶體管，所以這個時期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。</p><p>　　60年代末，由于微電子技術(shù)的

8、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，不需要有功頻變壓器降壓了，從而極大的擴大了它的范圍，并在此基礎上誕生了無功頻降壓變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源，省掉了功頻變壓器，可使開關(guān)電源的體積和重量大為減小，開關(guān)穩(wěn)壓才真正做到了效率高、體積小、重量輕。</p><p>　　70年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管，高頻電容，開關(guān)二極管，開關(guān)變壓器鐵心等元器件也不斷的被研制

9、和生產(chǎn)出來，使無功頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速發(fā)展，并且被廣泛地應用于電子計算機、航天、彩色電視機等領(lǐng)域中，從而使無功頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源設備中成為佼佼者。 </p><p>　?。?）目前存在的困難</p><p>　　隨著半導體技術(shù)和微電技術(shù)的高速發(fā)展，集成度高、功率強的大規(guī)模的集成電路的不斷出現(xiàn)，使得電子設備的體積在不斷的縮小，重量在不斷

10、的減輕，所以從事這方面的研究和生產(chǎn)的人們對開關(guān)穩(wěn)壓電源中開關(guān)變壓器還感到不是十分的理想，他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開關(guān)變壓器或者通過別的途徑來取代開關(guān)變壓器，使之能過滿足電子儀器和設備微小型化的需要。這是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制的科技人員目前正在克服的第一困難。</p><p>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率與開關(guān)管的變換速度成正比的，并且開關(guān)穩(wěn)壓電源中采用了開關(guān)變壓器以后，才能使之一組輸入得到極性、大

11、小各不相同的多組輸出，要進一步提高開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率，就必須提高電源的工作頻率。但是，當頻率提高以后，對整個電路中的元器件又有了新的要求，高頻電容、開關(guān)管、開關(guān)變壓器、儲能電感等都會出現(xiàn)新的問題，近一步研制適應高頻率工作的有關(guān)電路元器件，是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第二困難。</p><p>　　工作在線性狀態(tài)的線性穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因而串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開關(guān)干擾，且紋波電壓輸出較

12、小。但是，開關(guān)穩(wěn)壓電源的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，其交變電壓和電流會通過電路中的元器件產(chǎn)生較強的尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾就會污染市電電網(wǎng)，影響臨近的電子儀器及設備的正常工作。隨著開關(guān)穩(wěn)壓電源電路和抑制干擾措施的不斷改進，開關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點得到進一步克服，可以達到不妨礙一般的電子儀器、設備和家用電器正常工作的程度。但是，在一些精密電子儀器中，由于開關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點，卻使它不能得到使用。所以，克服穩(wěn)壓電源的這一缺點，進一步提高它的使

13、用范圍，是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第三個問題。</p><p>　　3.2、國內(nèi)發(fā)展情況</p><p>　　我國的晶體管直流變換器及開關(guān)穩(wěn)壓電源工作開始郁60年代初期，到60年代中期進入了實用階段，70年代初期開始研制無功頻降壓變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源，并且應用于電子計算機、通信、電視等方面，取得了較好的效果。工作頻率為100kHZ~200kHZ的高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源于80年代初期就已

14、開始試制，90年代初期就已試制成功。目前正在走向?qū)嵱秒A段和再進一步提高工作頻率。許多年來，雖然我國在無功頻降壓開關(guān)穩(wěn)壓電源方面作出了巨大的努力，并取得了可喜的成果。但是，目前，我國的開關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)與一些先進的國家相比仍有較大的差距。此外，這些年來，我國雖然把無功頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率從數(shù)十kHZ提高到數(shù)百kHZ，把輸出功率提高到數(shù)百瓦甚至數(shù)千瓦，但是我國的半導體技術(shù)和工藝跟不上時代的發(fā)展，導致我們自己研制的無功頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓

15、電源中的開關(guān)管大部分采用仍是進口的晶體管。所以我國的開關(guān)穩(wěn)壓電源事業(yè)要發(fā)展，要趕超世界先進水平，最根本的是要提高我國的半導體技術(shù)和工藝。</p><p><b>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的種類</b></p><p>　　現(xiàn)在，電子技術(shù)和應用迅速的發(fā)展，對電子儀器和設備的要求是：在性能上，更加安全可靠；在功能上，不斷地增加；在使用上，自動化程度要越來越高；在體積上，要日趨小型

16、化。這使采用具有更多優(yōu)點的開關(guān)穩(wěn)壓電源就顯的更加重要了。所以，開關(guān)穩(wěn)壓電源在計算機、通信、航天、彩色電視機等方面都得到了越來越廣泛的應用，發(fā)揮了巨大的作用，這大大促進了開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展，從事這方面的研究和生產(chǎn)人員也越來越多。圖1-3給出了各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖。</p><p>　　常見的開關(guān)穩(wěn)壓電源分類方法有已下幾種：</p><p><b>　　按激勵方式劃分<

17、;/b></p><p><b>　?。?）他激式</b></p><p>　　電路中專設激勵信號產(chǎn)生的振蕩器，電路形式如圖1-3（c）所示。</p><p><b>　?。?）自激式</b></p><p>　　開關(guān)管兼作振蕩器中的振蕩管，電路形式如圖1-3（d）所示</p>

18、<p><b>　　按調(diào)制方式劃分</b></p><p><b>　?。?）脈沖調(diào)制形</b></p><p>　　振蕩頻率保持不變，通過改變脈沖寬度來改變和調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，有時通過取樣電路，耦合電路等構(gòu)成反饋閉環(huán)回路，來穩(wěn)定輸出電壓的幅度。</p><p><b>　?。?）頻率調(diào)整型</

19、b></p><p>　　頻率調(diào)整型占空比保持不變，通過改變振蕩器的振蕩頻率來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的幅度。</p><p><b>　?。?）混合型 </b></p><p>　　通過調(diào)節(jié)導通時間的振蕩頻率來完成調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓幅度的目的。</p><p>　　按開關(guān)管電流的工作方式劃分</p>&l

20、t;p><b>　?。?）開關(guān)型</b></p><p>　　用開關(guān)晶體管把直流變成高頻標準方式，電路形式類似于他激式。</p><p><b>　?。?）諧振型</b></p><p>　　開關(guān)晶體管與LC諧振回路將直流變成標準的正弦波，電路形式類似于自激式。</p><p>　　按開關(guān)晶體

21、管的類型劃分</p><p><b>　?。?）晶體管型</b></p><p>　　采用晶體管作為開關(guān)管，電路形式如圖1-3（b）所示。</p><p><b>　?。?）可控硅型</b></p><p>　　采用可控硅作為開關(guān)管，這種電路的特點是直接輸交流電，不需要一次整流部分，其電路形式如圖1

22、-3（g）所示。</p><p>　　按儲能電感與負載的連接方式劃分</p><p><b>　?。?）串聯(lián)型</b></p><p>　　儲能電感串聯(lián)在輸入與輸出電壓之間，電路形式如圖1-3（a）所示。</p><p>　?。?）并聯(lián)型 </p><p>　　儲能電感并聯(lián)在輸入與輸出電壓

23、之間，電路形式如圖1-3（b）所示。</p><p>　　5、按晶體管的連接方式劃分</p><p><b>　?。?）單端式</b></p><p>　　僅使用一個晶體管作為電路中的開關(guān)管，這種電路的特點是價格低，電路結(jié)構(gòu)簡單，但輸出功率不能提高，其電路形式如圖1-3（a）（b）（c）。</p><p><b&g

24、t;　　(2)推挽式</b></p><p>　　使用兩個開關(guān)晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式，這種電路的特點是開關(guān)變壓器必須是有中心抽頭，電路形式如圖1-3（I）所示</p><p><b>　?。?）半橋式</b></p><p>　　使用兩個開關(guān)晶體管，將其連接成半橋的形式，它的特點是適應于輸入電壓較高的場合，其電路形式如

25、圖1-3（m）所示。</p><p><b>　　（2）全橋式</b></p><p>　　使用四個開關(guān)晶體管，將其連接成全橋的形式，它的特點是輸出功率較大，其電路形式如圖1-3（h）所示。</p><p>　　按輸入與輸出電壓大小劃分</p><p><b>　　（1）升壓式</b></p&

26、gt;<p>　　輸出電壓比輸入電壓高，實際就是并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　?。?）降壓式</b></p><p>　　輸出電壓比輸入電壓低，實際就是串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　按工作方式劃分</b></p><p><b>　　（1

27、）可控整流型</b></p><p>　　所謂可控整流型開關(guān)穩(wěn)壓電源，是指采用可控硅整流元件作為調(diào)整開關(guān)管，可由交流市電電網(wǎng)直接供電，在可工作的半波內(nèi)，截去正弦曲線的前一部分，這一部分所占角度稱為截止角，導通的正弦曲線后一部分稱為導通角，依靠調(diào)節(jié)導通角的大小，可達到調(diào)整輸出電壓和穩(wěn)定輸出電壓的目的，其電路形式如圖1-3（f）所示。</p><p><b>　?。?）斬

28、波型</b></p><p>　　斬波型開關(guān)穩(wěn)壓電源是指直流供電，輸入直流電壓加到開關(guān)電路上，在開關(guān)電路的輸出端得到單相的脈動直流，經(jīng)過濾波得到與輸入電壓不同的穩(wěn)定的直流輸出電壓。電路還從輸出電壓取樣，經(jīng)過比較、放大，控制脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖信號，用以控制調(diào)整開關(guān)的導通時間和截止時間的長短和開關(guān)的工作頻率，最后達到穩(wěn)定輸出電壓的目的，電路的過壓保護電路也是依據(jù)這一部分所提供的取樣信號來進行工作的，斬

29、波型電路形式如圖1-3（e）所示。</p><p><b>　?。?）隔離型</b></p><p>　　這種形式的開關(guān)電源是在輸入回路與逆變電路之間，經(jīng)過高頻變壓器，利用磁場的變化實現(xiàn)能量傳遞，沒有電流間的之間流通，隔離型開關(guān)穩(wěn)壓電源采用直流供電，經(jīng)過開關(guān)電路將直流電變成頻率很高的交流電，再經(jīng)變壓器隔離、變壓，然后經(jīng)整流器整流，最后就可以得到新的、極性和數(shù)值各不相同

30、的多組直流輸出電壓。電路從輸出端取樣，經(jīng)放大后反饋至開關(guān)控制端，控制驅(qū)動電路的工作，最后達到穩(wěn)定輸出電壓的目的，這種形式的開關(guān)穩(wěn)壓電源在實際中應用的最為廣泛。</p><p><b>　　按電路結(jié)構(gòu)劃分</b></p><p><b>　?。?）散件式</b></p><p>　　整個開關(guān)穩(wěn)壓電源電路都是采用分立式元器件組

31、成的，它的電路形式較為復雜，可靠性較差。</p><p><b>　?。?）集成電路式</b></p><p>　　整個開關(guān)穩(wěn)壓電源電路或電路的一部分是由集成電路組成的，這種集成電路通常為厚膜電路。有的厚膜集成電路包括開關(guān)晶體管，有的則不包括開關(guān)晶體管。這種電源的特點是電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、可靠性高。彩色電視機中常采用這種開關(guān)電源。</p><p

32、>　　以上五花八門的開關(guān)穩(wěn)壓電源都是站在不同的角度，已開關(guān)穩(wěn)壓電源不同的特點命名的。圖1-3示出開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖。盡管電路的激勵方法、輸出直流電壓的調(diào)節(jié)手段、儲能電感的連接方式、開關(guān)管的器件種類以及串并聯(lián)結(jié)構(gòu)各不相同，但是它們最后總可以歸結(jié)為串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源這兩大類。</p><p>　　五、開關(guān)穩(wěn)壓電源原理分析</p><p>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源分為串聯(lián)型

33、、并聯(lián)型，本篇章主要以串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源作與案例分析。</p><p><b>　　串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　1.1結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖1-4是串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖及電路中各點的波形圖，由圖可見，串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是由一次整流和濾波、開關(guān)晶體管V、續(xù)流二極管VD、儲能電

34、感L和濾波電容C組成。復雜的串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源電路還包括取樣、基準、放大、調(diào)節(jié)和驅(qū)動等電路。</p><p>　　為了分析方便和統(tǒng)一，對一些常用的物理量符號定義如下：</p><p>　　Ui——直流變換器輸入電壓；</p><p>　　Ii——開關(guān)晶體管的導通電流；</p><p>　　Ip——續(xù)流二極管等正向電流；</p>

35、<p>　　Uc——開關(guān)晶體管的集電極對發(fā)射極的電壓降；</p><p>　　IL——儲能電感中流過的電流；</p><p>　　RL——供電系統(tǒng)的等效電阻；</p><p>　　I0——開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電流；</p><p>　　U0——開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓；</p><p>　　Ton——開關(guān)晶體管的

36、導通時間，即開關(guān)管集電極輸出方波或正弦波正半周的寬度；</p><p>　　Toff——開關(guān)晶體管的截止時間，即開關(guān)管集電極輸出方波或正弦波低電平的寬度；</p><p>　　T——開關(guān)管由開到管一個周期所用的時間，即T=Ton+Toff；</p><p>　　F——開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率，它與周期時間T之間的關(guān)系為1/T;</p><p>

37、　　δ——開關(guān)穩(wěn)壓電源的占空比，也稱為占空系數(shù)，δ=Ton/T;</p><p>　　η——開關(guān)穩(wěn)壓電源的轉(zhuǎn)換效率，它等于輸出功率Pu與輸入功率Pi的比值，即η=Pu/Pi；</p><p>　　T0——上升時間，開關(guān)管由完全截止到完全導通的時間；</p><p>　　Tf——下降時間，開關(guān)管由完全導通到完全截止的時間；</p><p>　　

38、I0——存儲時間，是開關(guān)管由飽和導通向截止轉(zhuǎn)換時所出現(xiàn)的一段存儲時間。</p><p>　　此外，這里只給出了發(fā)射極輸出型的串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖和個點的輸出波形，沒有給出集電極輸出型串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖和各點波形，這是因為他們的工作原理都是一樣的，只是輸入和輸出的電流、電壓極性相反，因而本篇章不在重復討論。</p><p><b>　　1.2 工作原理</b&

39、gt;</p><p>　　把圖1-4中所示的標準方波驅(qū)動信號加到開關(guān)晶體管V的基極，這樣開關(guān)管V就會周期性的開和關(guān)，開關(guān)周期為T=Ton+Toff，占空系數(shù)為δ=Ton/T(δ<1).它的工作過程可以從開關(guān)管的導通、截止以及開關(guān)電源實現(xiàn)動態(tài)平衡等過程來理解。</p><p>　?。?）Ton=T1-T0期間，開關(guān)管V導通，續(xù)流二極管因反向偏置而截止，儲能電感L兩端所加的電壓Ui-U

40、0,雖然輸入電壓Ui是一個直流電壓，但L中的電流不能突變，而在V導通的Ton期間電流Ic1將線性上升，并已磁能的形式在儲能電感中儲存能量，這時，L中的電流IL1為</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　式中，ILo為To時刻的儲能電感中的電流，即為起始電流。在T1時刻，也就是驅(qū)動方波正半周要結(jié)束的時刻，L中的電流上升到最大值，其大小為&l

41、t;/p><p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　式中（1—1）和（1—2）可以計算出L中電流變化的最大值△ILm為(1-3)</p><p>　　(2)在Toff=t1-t2期間，開關(guān)管V截止，但是在T1時刻，V剛剛截止，儲能電感L中的電流不能突變，于是L中的兩端就產(chǎn)生了與原來電壓極性相反的自感電動勢。此時，續(xù)流二極管VD開始

42、正向?qū)?，L中的磁能將通過VD和負載電阻RL開始泄放。這里的二極管VD起著續(xù)流和補充電流的作用，這也正是它稱為續(xù)流二極管的原因。此時泄放掉的電流iLD的波形將是鋸齒波中隨時間線性下降的那一段電流。為簡化計算，將二極管VD的導通壓降近似為0，因而L兩端的電壓近似為Ui，L中的電流為iL2為</p><p><b>　　（1-4）</b></p><p>　　在T=T2

43、時，L中的電流達到最小值Itmin，其大小為：</p><p><b>　　（1-5）</b></p><p>　　由式（1-4）和（1-5）可以計算出在開關(guān)管截止的這段時間里L中電流變化的最大值△Imax2為</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　?。?）只有當開關(guān)管V

44、導通期間Ton內(nèi)儲能電感L增加的電流△Imax1等于開關(guān)管V截止期間Toff內(nèi)儲能電感L中減少的電流△Imax2，這樣才能達到動態(tài)平衡，才能保證儲能電感L中一直有能量，才能源源不斷的給負載電阻RL提供能量和功率，這是構(gòu)成電源最基本的條件，所以下面的關(guān)系式一定成立；</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　將式（1-7）化簡整理后得到輸出電壓

45、Uo與輸入電壓Ui之間的關(guān)系：</p><p><b>　　（1-8）</b></p><p>　　這就是串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系式，由此關(guān)系式就可壓得出以下結(jié)論：</p><p>　　δ為驅(qū)動方波的占空比，串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電壓U0與輸入電壓Ui之間的比值也正剛好等于這個占空比。由于占空比總是小于1的，所以U0也總

46、是小于Ui的，故常被成為下降型開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　式（1-8）中的占空系數(shù)δ與開關(guān)管V的導通時間Ton有關(guān)，若保持開關(guān)的周期T不變，責通過改變開關(guān)管V的導通時間Ton，就可以改變和調(diào)節(jié)輸出電壓U0的大小，因此，由此而設計出的開關(guān)穩(wěn)壓電源通常稱為調(diào)寬型開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　δ占空比不但與開關(guān)管V的導通時間Lon有關(guān)，而且也與開關(guān)管V開與管的周期時間T有關(guān)，也就是

47、工作頻率f有關(guān)，所以，保持其他條件不變，只改變開關(guān)V的周期時間T，同樣也可以使輸出電壓U0發(fā)生變化，這就是頻率調(diào)制型，開關(guān)電源的基本原理。</p><p>　　同時改變開關(guān)管V的導通時間Ton和開與管的周期時間T，同樣也可以起到調(diào)節(jié)和改變占空系數(shù)δ或者輸出電壓U0，根據(jù)這樣的原理而得到的開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常稱為混合型開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　1.3 幾個重要參數(shù)的計算</p&

48、gt;<p>　　輸出電壓波紋值△U0的計算</p><p>　　由開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖1-2可見，濾波電容C兩端的電壓實際上就等于開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U0，那么電容兩端電壓的變化量實際上也就是我們所要計算的開關(guān)穩(wěn)壓電源電壓紋波值△U0。從圖1-4電容兩端電壓Uc的波紋圖中就可以看到，在開關(guān)管導通期間，電容C就開始充電，沖至與Ui相等的值時，開關(guān)管V截止，并且在這段時間內(nèi)，濾波電容C不斷被充電，

49、C兩端電壓不斷上升，最后達到電壓最大值，設這段時間內(nèi)電容C兩端電壓的變化量△U02，那么就有：△U0=△U01+△U02 （1-9）</p><p><b>　　U01的計算</b></p><p>　　從圖1-4中Ic、IL及Uc的波形圖中可以看出，設T=T0時，開關(guān)調(diào)整管V開始導通，濾波電容C放電電流開始減小，，在經(jīng)過Ion/2之后，C的放電電流等于0，此時電容

50、C兩端電壓具有最小值，然后C開始放電，電容C兩端的電壓開始上升。但電容C的充電一直持續(xù)到經(jīng)過Ton時間，開關(guān)管V開始截止，這段時間內(nèi)電容C來那個端電壓的變化值△U0t取決于電容器充電電流Ic和充電時間，故△U0t為</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　從圖1-4中可以得到：</p><p>　　iL=Ic+I0

51、 Ic= iL- I0 （1-11）</p><p><b>　　而，所以就有</b></p><p><b>　　(1-12)</b></p><p>　　由于流過儲能電感L中的平均電流值就等于負載電阻RL上流過的電流值I0,因而有：(1-13)</p><p>　　Ilmin的表達式（

52、1-5）和I0的表達式（1-13）代入（1-12），就可以得到電容器充電電流Ic的表達式：</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　然后把式（1-14）代入（1-10）便可求的△U01為：</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　（2）△U

53、02的計算</p><p>　　△U02的計算就是濾波電容C從原有的電壓U0繼續(xù)向上充電，一直沖到經(jīng)過Ioff/2時間，C上電壓沖到最大值，也就是在開關(guān)管V截止的一半時間內(nèi)電容C上的電壓的增量△U02為：</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　在開關(guān)管V截止期間，即Toff（T1~T2）期間，負載RL所需的能量由

54、儲存電感L通過續(xù)流二極管VD供給，所以可以得下列方程：</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　由此可以得到</b></p><p><b>　　（1-18）</b></p><p>　　把式（1-18）代入（1-11）就可以得到開關(guān)管V在

55、截止期間電容C中電流Ic的表達式：</p><p><b>　　（1-19）</b></p><p>　　同理，可把式（1-5）和式（1-13）分別代入式（1-19），消去（Ilman-I0）后得到：</p><p><b>　　（1-20）</b></p><p>　　最后把式（1-20）代入式（

56、1-16）可以得到△U02為：</p><p><b>　　（1-21）</b></p><p>　　將式（1-15）和式（1-21）代入式（1-9）中，就可以得到濾波電容C兩端電壓的波動值△U0：</p><p><b>　　（1-22）</b></p><p><b>　?。?-23）

57、</b></p><p>　　由式（1-22）和式（1-23）可見：要降低開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電壓紋波值，除以輸入電壓Ui與輸出電壓U0有關(guān)以外，增大儲能電感L和濾波電容C的值就可以得到顯著效果。此外，降低開關(guān)調(diào)整管V的工作周期時間T也能收到同樣的效果。</p><p>　?。?）上面分兩部所計算出的只是串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出紋波電壓中開關(guān)頻率波紋值，即工頻波紋和開關(guān)轉(zhuǎn)換波紋。<

58、;/p><p>　　以上就是串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理分析。</p><p>　　六、Protel制板</p><p>　　6.1Protel制板步驟方法及注意問題</p><p>　　隨著計算機工業(yè)的蓬勃發(fā)展，電子設計自動化EDA已經(jīng)越來越多地應用于電子設計與制作，并且普及到中小型企業(yè)及高校中。其中，protel設計系統(tǒng)就是一套被引入window

59、s環(huán)境的EDA開發(fā)工具，以其高度的集成性和擴展性著稱于世。它具有原理圖設計、PCB電路板設計、層次原理圖設計、報表制作、電路仿真以及邏輯器件設計等功能，是電子工程師進行電路設計的最有用的軟件之一。</p><p>　　本設計中采用Protel99SE作為電路設計、仿真及PCB制作的工具，下面簡要介紹一下設計中原理圖及PCB板的制作步驟，即注意問題。</p><p><b>　　6

60、.2原理圖的繪制</b></p><p>　　首先，打開Protel99SE，在新建的Schematic Document中加載元件庫，（如Miscellanous Diveces.lib;Sim.ddb等常用庫）,如果在已加載的元件庫中不能找到所需器件，可通過Find查找器件所在的庫并添加。其次，在添加的元件庫中找到所需的元件并放置在原理圖編輯器中還可以根據(jù)元件的外形或個人習慣放置和調(diào)整元件位置（并

61、設置元件的參數(shù)和封裝形式）。所有元件放置完畢后即可根據(jù)電路圖連線生成原理圖。</p><p>　　6.3 PCB板的制作</p><p>　　首先，根據(jù)5.1.1中的原理圖生成網(wǎng)絡表和元件清單，其次，在新建的PCBDocument中Keepoutlayer層設置相應的區(qū)域，加載網(wǎng)絡表，并通過自動布局、自動布線及手動調(diào)整，產(chǎn)生PCB 圖。將生成的PCB 圖通過轉(zhuǎn)印紙轉(zhuǎn)移到覆銅板上，經(jīng)腐蝕產(chǎn)生

62、PCB板。</p><p>　　本設計是電子線路中的高頻部分，因此，生成的PCB板應注意元件之間的引線要盡可能短，要采用大面積接地方式，集成電路芯片的電源兩端接小電容以防止高頻干擾。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　王水平 付敏江編著 開關(guān)穩(wěn)壓電源 1995 ，12</p><p>