直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　2008 ～2009 學(xué)年第 二 學(xué)期</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　課題 直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 </p><p>　　姓名 </p><p>　　系

2、部 電子與計(jì)算機(jī)系 專業(yè) 應(yīng)用電子 </p><p>　　班級(jí) 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　穩(wěn)壓電源就是其輸出電壓

3、相對(duì)穩(wěn)定，它與人們的日常生活密切相關(guān) , 也稱為穩(wěn)定電源、穩(wěn)壓器等。隨著電子技術(shù)發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來(lái)越多，對(duì)穩(wěn)壓電源的要求更加靈活多樣。電子設(shè)備的小型化和低成本化，使穩(wěn)壓電源朝輕、薄、小和高效率的方向發(fā)展。設(shè)計(jì)上，穩(wěn)壓電源也從傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源向高效率、體積小、重量輕的開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源迅速發(fā)展。</p><p>　　本文中設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源電路采用脈沖寬度調(diào)制型（PWM

4、）即開(kāi)關(guān)工作頻率保持不變，控制導(dǎo)通脈沖的寬度；開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可以通過(guò)改變調(diào)整管導(dǎo)通與截止時(shí)間的比例來(lái)改變輸出電壓的大小。當(dāng)調(diào)整管飽和導(dǎo)通時(shí)，雖然流過(guò)較大的電流，但飽和管壓降很??；當(dāng)調(diào)整管截止時(shí)，管子將承受較高的電壓，但流過(guò)的電流基本等于零?？梢?jiàn)，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)調(diào)整管的功耗很小，因此，開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的效率較高，一般課達(dá)65%-90%。同時(shí)本文還采用恒壓差控制，其中接有軟啟動(dòng)電路，在開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)，對(duì)產(chǎn)生過(guò)沖現(xiàn)象有相當(dāng)大

5、程度的抑制。同時(shí)通過(guò)控制DC-DC變換的脈寬，可實(shí)現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)流保護(hù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 脈寬調(diào)制 開(kāi)關(guān)管 濾波電容 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　第一章 穩(wěn)壓電源0</p>

6、<p>　　1.1 穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)介0</p><p>　　1.2 穩(wěn)壓電源技術(shù)的亮點(diǎn)0</p><p>　　第二章 直流穩(wěn)壓電源的分類3</p><p>　　2.1 線性穩(wěn)壓電源3</p><p>　　2.2 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源4</p><p>　　第三章 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)7</p

7、><p>　　3.1 整流電路7</p><p>　　3.1.1 半波整流電路7</p><p>　　3.1.2 全波整流電路7</p><p>　　3.1.3 橋式整流8</p><p>　　3.2 濾波電路8</p><p>　　3.2.1 電容濾波電路8</p&g

8、t;<p>　　3.2.2 電感濾波電路9</p><p>　　3.3 控制電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.3.1 主要特征及工作原理10</p><p>　　3.3.2 TL494的性能測(cè)試13</p><p>　　3.3.3 TL494管腳配置及其功能14</p><p>　

9、　3.3.4 TL494的應(yīng)用14</p><p>　　第四章 直流穩(wěn)壓電源的保護(hù)技術(shù)16</p><p>　　4.1 極性保護(hù)16</p><p>　　4.2 程序保護(hù)16</p><p>　　4.3 過(guò)電流保護(hù)17</p><p>　　4.4 過(guò)電壓保護(hù)18</p><p

10、>　　第五章 穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)21</p><p>　　5.1 特性指標(biāo)21</p><p>　　5.2 質(zhì)量指標(biāo)21</p><p>　　第六章 恒壓差控制22</p><p>　　6.1 同步跟蹤法的機(jī)理22</p><p>　　6.2 參數(shù)計(jì)算22</p><

11、;p><b>　　總結(jié)24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　第一章 穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　1.1 穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)介</p><p>　　穩(wěn)壓電源問(wèn)世后，在很多領(lǐng)域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘管相控電

12、源。早期出現(xiàn)的是串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿，但功率晶體管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。隨著脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)的發(fā)展，PWM開(kāi)關(guān)電源問(wèn)世，它的特點(diǎn)是用20kHz的載波進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，電源的效率可達(dá)65%～70%，而線性電源的效率只有30％～40％。因此，用工作頻率為20kHz的PWM開(kāi)關(guān)電源替代線性電源，可大幅度節(jié)約能源，從而引起了人們的廣泛關(guān)注，在電源技術(shù)發(fā)展史上被譽(yù)為20kHz革命。隨著超大規(guī)模集成芯片尺寸的不斷減小，電源的尺

13、寸與微處理器相比要大得多；而航天、潛艇、軍用開(kāi)關(guān)電源以及用電池的便攜式電子設(shè)備（如手提計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話等）更需要小型化、輕量化的電源。因此，對(duì)開(kāi)關(guān)電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。此外，還要求開(kāi)關(guān)電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。這一切高新要求便促進(jìn)了開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的不斷發(fā)展和進(jìn)步。</p><p>　　1.2 穩(wěn)壓電源技術(shù)的亮點(diǎn)</p><p>　?。?）

14、穩(wěn)壓電源功率密度</p><p>　　提高開(kāi)關(guān)電源的功率密度，使之小型化、輕量化，是人們不斷追求的目標(biāo)。這對(duì)便攜式電子設(shè)備（如移動(dòng)電話，數(shù)字相機(jī)等）尤為重要。使開(kāi)關(guān)電源小型化的具體辦法有以下幾種。</p><p>　　一是高頻化。為了實(shí)現(xiàn)電源高功率密度，必須提高PWM變換器的工作頻率、從而減小電路中儲(chǔ)能元件的體積重量。</p><p>　　二是應(yīng)用壓電變壓器。應(yīng)用壓

15、電變壓器可使高頻功率變換器實(shí)現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度。壓電變壓器利用壓電陶瓷材料特有的“電壓-振動(dòng)”變換和“振動(dòng)-電壓”變換的性質(zhì)傳送能量，其等效電路如同一個(gè)串并聯(lián)諧振電路，是功率變換領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。</p><p>　　三是采用新型電容器。為了減小電力電子設(shè)備的體積和重量，須設(shè)法改進(jìn)電容器的性能，提高能量密度，并研究開(kāi)發(fā)適合于電力電子及電源系統(tǒng)用的新型電容器，要求電容量大、等效串聯(lián)電阻（ESR）小、體積小等

16、。</p><p><b>　?。?）高頻磁性元件</b></p><p>　　電源系統(tǒng)中應(yīng)用大量磁元件，高頻磁元件的材料、結(jié)構(gòu)和性能都不同于工頻磁元件，有許多問(wèn)題需要研究。對(duì)高頻磁元件所用的磁性材料，要求其損耗小、散熱性能好、磁性能優(yōu)越。適用于兆赫級(jí)頻率的磁性材料為人們所關(guān)注，納米結(jié)晶軟磁材料也已開(kāi)發(fā)應(yīng)用。</p><p><b>

17、　　（3）軟開(kāi)關(guān)技術(shù)</b></p><p>　　高頻化以后，為了提高開(kāi)關(guān)電源的效率，必須開(kāi)發(fā)和應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。它是過(guò)去幾十年國(guó)際電源界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。</p><p>　　PWM開(kāi)關(guān)電源按硬開(kāi)關(guān)模式工作（開(kāi)／關(guān)過(guò)程中電壓下降／上升和電流上升／下降波形有交疊），因而開(kāi)關(guān)損耗大。高頻化雖可以縮小體積重量，但開(kāi)關(guān)損耗卻更大了。為此，必須研究開(kāi)關(guān)電壓／電流波形不交疊的技術(shù)，即所謂零電

18、壓開(kāi)關(guān)（ZVS）／零電流開(kāi)關(guān)（ZCS）技術(shù)，或稱軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，小功率軟開(kāi)關(guān)電源效率可提高到800%～85%。上世紀(jì)70年代諧振開(kāi)關(guān)電源奠定了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)。隨后新的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如準(zhǔn)諧振全橋移相ZVS -PWM，恒頻ZVS-PWM／ZCS-PWMZVS-PWM有源嵌位；ZVT-PWM／ZCT-PWM全橋移相ZV-ZCS-PWM等。我國(guó)已將最新軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用于6kW通信電源中，效率達(dá)93％。</p><p>

19、<b>　　（4）同步整流技術(shù)</b></p><p>　　對(duì)于低電壓、大電流輸出的軟開(kāi)關(guān)變換器，進(jìn)一步提高其效率的措施是設(shè)法降低開(kāi)關(guān)的通態(tài)損耗。例如同步整流（SR）技術(shù)，即以功率MOS管反接作為整流用開(kāi)關(guān)二極管，代替肖特基二極管（SBD），可降低管壓降，從而提高電路效率。</p><p>　?。?）功率因數(shù)校正（PFC）變換器</p><p>

20、;　　由于AC／DC變換電路的輸入端有整流器件和濾波電容，在正 弦電壓輸入時(shí)，單相整流電源供電的電子設(shè)備，電網(wǎng)側(cè)（交流輸入端）功率因數(shù)僅為0.6～0.65。采用功率因數(shù)校正（PFC）變換器，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可提高到0.90～0.95，輸入電流THD<10％。既治理了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，又提高了電源的整體效率。這一技術(shù)稱為有源功率因數(shù)校正（APFC），單相APFC國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)較早，技術(shù)已較成熟；三相APFC的拓?fù)漕愋秃涂刂撇呗噪m然已經(jīng)有很多

21、種，但還有待繼續(xù)研究發(fā)展。</p><p>　　高功率因數(shù)AC／DC開(kāi)關(guān)電源，由兩級(jí)拓?fù)浣M成，對(duì)于小功率AC／DC開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，采用兩級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總體效率低、成本高。如果對(duì)輸入端功率因數(shù)要求不特別高時(shí)，將PFC變換器和后級(jí)DC／DC變換器組合成一個(gè)拓?fù)洌瑯?gòu)成單級(jí)高功率因數(shù)AC／DC開(kāi)關(guān)電源，只用一個(gè)主開(kāi)關(guān)管，可使功率因數(shù)校正到0.8 以上，并使輸出直流電壓可調(diào)，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稱為單管單級(jí)PFC變換器。</p&g

22、t;<p><b>　?。?）全數(shù)字化控制</b></p><p>　　電源的控制已經(jīng)由模擬控制，模數(shù)混合控制，進(jìn)入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)在許多功率變換設(shè)備中得到應(yīng)用。</p><p>　　全數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)字信號(hào)與混合模數(shù)信號(hào)相比可以標(biāo)定更小的量，芯片價(jià)格也更低廉；對(duì)電流檢測(cè)誤差可以進(jìn)行精確的數(shù)字校正，電壓檢測(cè)也更精確；可以實(shí)現(xiàn)

23、快速，靈活的控制設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　（7）電磁兼容性</b></p><p>　　高頻開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容（EMC）問(wèn)題有其特殊性。功率半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中所產(chǎn)生的di／dt和dv／dt，將引起強(qiáng)大的傳導(dǎo)電磁干擾和諧波干擾，以及強(qiáng)電磁場(chǎng)（通常是近場(chǎng)）輻射。不但嚴(yán)重污染周?chē)姶怒h(huán)境，對(duì)附近的電氣設(shè)備造成電磁干擾，還可能危及附近操作人員的安全。同時(shí)，電力電

24、子電路（如開(kāi)關(guān)變換器）內(nèi)部的控制電路也必須能承受開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的EMI及應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)電磁噪聲的干擾。上述特殊性，再加上EMI測(cè)量上的具體困難，在電力電子的電磁兼容領(lǐng)域里，存在著許多交叉學(xué)科的前沿課題有待人們研究。國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)均開(kāi)展了電力電子電路的電磁干擾和電磁兼容性問(wèn)題的研究，并取得了不少可喜成果。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)和測(cè)試技術(shù)</p><p>　　建模、仿真和CAD是一種新的設(shè)計(jì)

25、研究工具。為了仿真電源系統(tǒng)，首先要建立仿真模型，包括電力電子器件、變換器電路、數(shù)字和模擬控制電路以及磁元件和磁場(chǎng)分布模型等，還要考慮開(kāi)關(guān)管的熱模型、可靠性模型和EMC模型。各種模型差別很大，建模的發(fā)展方向是數(shù)字一模擬混合建模、混合層次建模以及將各種模型組成一個(gè)統(tǒng)一的多層次模型等。</p><p>　　電源系統(tǒng)的CAD，包括主電路和控制電路設(shè)計(jì)、器件選擇、參數(shù)最優(yōu)化、磁設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、EMI設(shè)計(jì)和印制電路板設(shè)計(jì)、可靠

26、性預(yù)估、計(jì)算機(jī)輔助綜合和優(yōu)化設(shè)計(jì)等。用基于仿真的專家系統(tǒng)進(jìn)行電源系統(tǒng)的CAD，可使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能最優(yōu)，減少設(shè)計(jì)制造費(fèi)用，并能做可制造性分析，是21世紀(jì)仿真和CAD技術(shù)的發(fā)展方向之一。此外，電源系統(tǒng)的熱測(cè)試、EMI測(cè)試、可靠性測(cè)試等技術(shù)的開(kāi)發(fā)、研究與應(yīng)用也是應(yīng)大力發(fā)展的。</p><p>　　第二章 直流穩(wěn)壓電源的分類</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源主要有線性電源、相控電源、開(kāi)關(guān)電源三

27、種。交流電經(jīng)過(guò)整流，可以得到直流電。但是，由于交流電壓及負(fù)載電流的變化，整流后得到的直流電壓通常會(huì)造成20%到40%的電壓變化。為了得到穩(wěn)定的直流電壓，必須采用穩(wěn)壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。按照實(shí)現(xiàn)方法的不同，穩(wěn)壓電源可分為三種：線性穩(wěn)壓電源、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　2.1 線性穩(wěn)壓電源 </p><p>　　線性穩(wěn)壓電源通常包括：調(diào)整管、比較放大部分（誤差放大器）、反饋采樣部分以及基

28、準(zhǔn)電壓部分，它的典型原理框圖如圖1所示。調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)分壓（分擔(dān)輸入電壓Ui），因此只要將它們之間的分壓比隨時(shí)調(diào)節(jié)到適當(dāng)值，就能保證輸出電壓不變。</p><p>　　這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程是通過(guò)一個(gè)反饋控制過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。反饋采樣部分監(jiān)測(cè)輸出電壓，然后通過(guò)比較放大器與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較判斷：輸出電壓是偏高了還是偏低了，偏差多少？再把這個(gè)偏差量放大去控制調(diào)整管，如果輸出電壓偏高，則將調(diào)整管上的壓降調(diào)高，使負(fù)載的分壓減??；如果

29、輸出電壓偏低，則將調(diào)整管上的壓降調(diào)低，使負(fù)載的分壓增大，從而實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)壓。</p><p>　　圖1 線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源原理框圖</p><p>　　下圖2為用分立元件組成簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓器電路</p><p>　　線性穩(wěn)壓電源的線路簡(jiǎn)單、干擾小，對(duì)輸入電壓和負(fù)載變化的響應(yīng)非?？?，穩(wěn)壓性能非常好。</p><p>　　但是，線性穩(wěn)壓電源功率調(diào)整管

30、始終工作在線性放大區(qū)，調(diào)整管上功率損耗很大，導(dǎo)致線性穩(wěn)壓電源效率較低，只有20%～40%，發(fā)熱損耗嚴(yán)重，所需的散熱器體積大，重量重，因而功率體積系數(shù)只有20～30W/dm3；另外線性電源對(duì)電網(wǎng)電壓大范圍變化的適應(yīng)性較差，輸出電壓保持時(shí)間僅有5ms。因此線性電源主要用在小功率、對(duì)穩(wěn)壓精度要求很高的場(chǎng)合，如：一些為通信設(shè)備內(nèi)部的集成電路供電的輔助電源等。</p><p>　　圖2 線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源</p&g

31、t;<p>　　2.2 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源 </p><p>　　線性穩(wěn)壓電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)非常快，穩(wěn)壓性能好，只可惜功率轉(zhuǎn)換效率太低。要提高效率，就必須使圖2中的功率調(diào)整器件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，電路相應(yīng)地稍加變化即成為開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源。轉(zhuǎn)變后的原理框圖如圖3所示。調(diào)整管作為開(kāi)關(guān)而言，導(dǎo)通時(shí)（壓降小）幾乎不消耗能量，關(guān)斷時(shí)漏電流很小，也幾乎不消耗能量，從而大大提高了轉(zhuǎn)換效率，其功率轉(zhuǎn)換效率可達(dá)80%以上。在圖

32、3中，波動(dòng)的直流電壓Ui輸入高頻變換器（即為開(kāi)關(guān)管Q和二極管D），經(jīng)高頻變換器轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l（≥20kHz）脈沖方波電壓，該脈沖方波電壓通過(guò)濾波器（電感L和電容C）變成平滑的直流電壓供給負(fù)載。高頻變換器和輸出濾波器一起構(gòu)成主回路，完成能量處理任務(wù)。而穩(wěn)定輸出電壓的任務(wù)是靠控制回路對(duì)主回路的控制作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂苹芈钒ú蓸硬糠?、基準(zhǔn)電壓部分、比較放大器（誤差放大器）、脈沖/電壓轉(zhuǎn)換器等。開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)定輸出電壓的原理可以直觀理解為是通過(guò)控制濾波

33、電容的充、放電時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體的穩(wěn)壓過(guò)程如下：</p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的負(fù)載電流增大或輸入電壓Ui降低時(shí)，輸出電壓Uo輕微下降，控制回路就使高頻變換器輸出的脈沖方波的寬度變寬，即給電容多充點(diǎn)電（充電時(shí)間加長(zhǎng)），少放點(diǎn)電（放電時(shí)間減短），從而使電容C上的電壓（即輸出電壓）回升，起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。反之，當(dāng)外界因素引起輸出電壓偏高時(shí)，控制電路使高頻變換器輸出脈沖方波的寬度變窄，即給電容少充點(diǎn)電，從而

34、使電容C上的電壓回落，穩(wěn)定輸出電壓。</p><p>　　圖3降壓型開(kāi)關(guān)電源原理圖</p><p>　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源與線性穩(wěn)壓電源的主要性能比較 表1</p><p>　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和線性穩(wěn)壓電源相比，功率轉(zhuǎn)換效率高，可達(dá)65%～90%，發(fā)熱少，體積小、重量輕，功率體積系數(shù)可達(dá)60～100W/dm3，對(duì)電網(wǎng)電壓大范圍變化具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，電壓、負(fù)載穩(wěn)定度高，輸出

35、電壓保持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20ms。但是線路復(fù)雜，電磁干擾和射頻干擾大。具體性能指標(biāo)對(duì)比如表1所示。</p><p>　　和相控穩(wěn)壓電源相比，開(kāi)關(guān)電源不需要工頻變壓器，工作頻率高，所需的濾波電容、電感小，因而體積小，重量輕，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率都在20kHz以上，超出人耳的聽(tīng)覺(jué)范圍，沒(méi)有令人心煩的噪聲。開(kāi)關(guān)電源可以采用有效的功率因數(shù)較正技術(shù)，使功率因數(shù)達(dá)0.9以上，高的甚至達(dá)到0.99（安圣的HD4850整流

36、模塊）。這些使得開(kāi)關(guān)電源的性能幾乎全面超過(guò)相控電源，在通信電源領(lǐng)域已大量取代相控電源。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的線路復(fù)雜，這種電路問(wèn)世之初，其控制線路都是由分立元件或運(yùn)算放大器等集成電路組成。由于元件多，線路復(fù)雜以及隨之而來(lái)的可靠性差的原因，嚴(yán)重影響了開(kāi)關(guān)電源的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展依賴于元器件和磁性材料的發(fā)展。70年代后期，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高度發(fā)展，高反壓快

37、速功率開(kāi)關(guān)管使無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源迅速實(shí)用化。而集成電路的迅速發(fā)展為開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源控制電路的集成化奠定了基礎(chǔ)。陸續(xù)涌現(xiàn)出的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源專用的脈沖調(diào)制電路如SG3526和TL494等為開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源提供了成本低、性能優(yōu)良可靠、使用方便的集成控制電路芯片，從而使得開(kāi)關(guān)電源的電路由復(fù)雜變?yōu)楹?jiǎn)單。目前，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出紋波已可達(dá)100mV以下，射頻干擾和電磁干擾也被抑制到很低的水平上?？傊?，隨著電技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)正逐步被克服，

38、其優(yōu)點(diǎn)也得以充分發(fā)揮。尤其在當(dāng)前能源比較緊張的情況下，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的高效率能夠在節(jié)能上做出很大的貢獻(xiàn)。正因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源具有這些優(yōu)點(diǎn)，它得到了蓬勃的發(fā)展。</p><p>　　第三章 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 整流電路</b></p><p>　　3.1.1 半波整流電路</p><p>　

39、　半波整流就是利用二極管的單向?qū)щ娦阅?，使?jīng)變壓器出來(lái)的電壓Vo只有半個(gè)周期可以到達(dá)負(fù)載，造成負(fù)載電壓VL是單方向的脈動(dòng)直流電壓。</p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　主要參數(shù)： </b></p><p>　　3.1.2 全波整流電路</p><p>　　利用副邊

40、有中心抽頭的變壓器和兩個(gè)二極管構(gòu)成如圖5所示的全波整流電路。從圖中可見(jiàn)，正負(fù)半周都有電流流過(guò)負(fù)載，提高了整流效率。</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　全波整流的特點(diǎn)：</b></p><p>　　輸出電壓VO高；脈動(dòng)?。徽?fù)半周都有電流供給負(fù)載，因而變壓器得到充分利用，效率較高。<

41、/p><p><b>　　主要參數(shù)：</b></p><p>　　3.1.3 橋式整流</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　橋式整流屬于全波整流，它不是利用副邊帶有中心抽頭的變壓器,而是用四個(gè)二極管接成電橋形式，使在電壓V2的正負(fù)半周均有電流流過(guò)負(fù)載，在負(fù)載形成單方向的全波脈

42、動(dòng)電壓。</p><p><b>　　主要參數(shù)：　　</b></p><p><b>　　3.2 濾波電路</b></p><p>　　從上面的分析可以看出，整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分，與所要求的波形相去甚遠(yuǎn)。所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。濾波電路常有電容濾波，電感濾波和RC濾波等。&

43、lt;/p><p>　　3.2.1 電容濾波電路</p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　圖7分別是橋式整流電容濾波電路和它的部分波形。這里假設(shè)t<0時(shí)，電容器C已經(jīng)充電到交流電壓V2的最大值（如波形圖所示）。</p><p>　　結(jié)論1：由于電容的儲(chǔ)能作用，使得輸出波形比較平滑，脈動(dòng)成分降低輸

44、出電壓的平均值增大。</p><p>　　當(dāng)RLC的值適當(dāng)，且整流電路的內(nèi)阻較?。◣讱W）時(shí)，</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　結(jié)論2：從圖8可看出，濾波電路中二極管的導(dǎo)電角小于180o　,導(dǎo)電時(shí)間縮短。因此，在短暫的導(dǎo)電時(shí)間內(nèi)流過(guò)二極管很大的沖擊電流，必須選擇較大容量的二極管。</p><p&g

45、t;<b>　　在純電阻負(fù)載時(shí)：</b></p><p><b>　　有電容濾波時(shí)：</b></p><p>　　結(jié)論3：電容放電的時(shí)間τ=RLC越大,放電過(guò)程越慢，輸出電壓中脈動(dòng)（紋波）成分越少，濾波效果越好。一般取τ≥（3～5）T/2，T為電源交流電壓的周期。</p><p>　　3.2.2 電感濾波電路</p

46、><p>　　電感濾波電路利用電感器兩端的電流不能突變的特點(diǎn)，把電感器與負(fù)載串聯(lián)起來(lái)，以達(dá)到使輸出電流平滑的目的。從能量的觀點(diǎn)看，當(dāng)電源提供的電流增大（由電源電壓增加引起）時(shí),電感器L把能量存儲(chǔ)起來(lái)；而當(dāng)電流減小時(shí)，又把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電流平滑，所以電感L有平波作用。</p><p>　　圖9 圖10</p&

47、gt;<p>　　優(yōu)點(diǎn)：整流二極管的導(dǎo)電角大，峰值電流小，輸出特性較平坦。</p><p>　　缺點(diǎn)：存在鐵心，笨重、體積大，易引起電磁干擾,一般只適應(yīng)于低電壓、大電流的場(chǎng)合。</p><p>　　3.3 控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開(kāi)關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋

48、式開(kāi)關(guān)電源。TL494有SO-16和PDIP-16兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求。其主要特性如下：</p><p>　　3.3.1 主要特征及工作原理</p><p><b>　　特征：</b></p><p>　　（1）集成了全部的脈寬調(diào)制電路。</p><p>　?。?）片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩

49、個(gè)（一個(gè)電阻和一個(gè)電容）。</p><p>　?。?）內(nèi)置誤差放大器。</p><p>　?。?）內(nèi)止5V參考基準(zhǔn)電壓源。</p><p>　　（5）可調(diào)整死區(qū)時(shí)間。</p><p>　?。?）內(nèi)置功率晶體管可提供500mA的驅(qū)動(dòng)能力。</p><p>　　（7）推或拉兩種輸出方式。</p><p&

50、gt;<b>　　工作原理簡(jiǎn)述</b></p><p>　　TL494是一個(gè)固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過(guò)外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下：</p><p>　　輸出脈沖的寬度是通過(guò)電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門(mén)。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選

51、通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)增大，輸出脈沖的寬度將減小。參見(jiàn)圖11。</p><p>　　控制信號(hào)由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時(shí)間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時(shí)間比較器具有120mV的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的4%，當(dāng)輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時(shí)，占空比為48%。當(dāng)把死區(qū)時(shí)間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在0

52、—3.3V之間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。</p><p><b>　　圖11</b></p><p>　　脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個(gè)手段：當(dāng)反饋電壓從0.5V變化到3.5時(shí)，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時(shí)間中下降到零。兩個(gè)誤差放大器具有從-0.3V到（Vcc-2.0）的共模輸入范圍，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺(jué)得

53、到。誤差放大器的輸出端常處于高電平，它與脈沖寬度調(diào)制器的反相輸入端進(jìn)行“或”運(yùn)算，正是這種電路結(jié)構(gòu)，放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　當(dāng)比較器CT放電，一個(gè)正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調(diào)制脈沖交替輸

54、出至兩個(gè)輸出晶體管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于50%時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別從晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個(gè)反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當(dāng)需要更高的驅(qū)動(dòng)電流輸出，亦可將Q1和Q2并聯(lián)使用，這時(shí)，需將輸出模式控制腳接地以關(guān)閉雙穩(wěn)觸發(fā)器。這種狀態(tài)下，輸出的脈沖頻率將等于振蕩器的頻率。</p><p>　　TL494內(nèi)置一個(gè)5.0V的基準(zhǔn)電壓源，使用外置偏置

55、電路時(shí)，可提供高達(dá)10mA的負(fù)載電流，在典型的0—70℃溫度范圍50mV溫漂條件下，該基準(zhǔn)電壓源能提供±5%的精確度。</p><p><b>　　圖13</b></p><p>　　3.3.2 TL494的性能測(cè)試</p><p>　?。?）工作電壓對(duì)各參數(shù)的影響，如表2所示。此時(shí)調(diào)頻電容為9 nF，調(diào)頻電阻為9

56、0;kΩ，調(diào)寬電壓為2．5 V。</p><p>　　表2 工作電壓與各參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　從表2可以看出，工作電壓V的改變對(duì)輸出脈沖的周期T及脈寬T1無(wú)影響，而脈沖的幅值F隨著工作電壓V的增加也逐步增大，工作電流I隨電壓的變化不是很大，其供電范圍在7～40 V之間，而其工作頻率可達(dá)300 kHz，可見(jiàn)TL494的可調(diào)性大。</p>

57、;<p>　?。?）當(dāng)TL494調(diào)頻電容和電阻一定時(shí)，改變脈沖寬度，就會(huì)得到輸出脈沖寬度不同的一系列脈沖，這樣就會(huì)得到調(diào)寬電壓與占空比的關(guān)系，如圖14所示。從圖14可以看出，當(dāng)脈寬為周期的1/2時(shí)，效果最佳。</p><p>　　圖14 脈寬電壓與占空比關(guān)系圖</p><p>　　3.3.3 TL494管腳配置及其功能</p><p>　　TL49

58、4的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成。圖15是它的管腳圖，其中1、2腳是誤差放大器I的同相和反相輸入端；3腳是相位校正和增益控制；4腳為間歇期調(diào)理，其上加0～3.3V電壓時(shí)可使截止時(shí)間從2%線懷變化到100%；5、6腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容；7腳為接地端；8、9腳和11、10腳分別為T(mén)L494內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管集電極和發(fā)射極； 圖15 T

59、L494管腳圖</p><p>　　12腳為電源供電端；13腳為輸出控制端，該腳接地時(shí)為并聯(lián)單端輸出方式，接14腳時(shí)為推挽輸出方式；14腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電流10mA；15、16腳是誤差放大器II的反相和同相輸入端。</p><p>　　3.3.4 TL494的應(yīng)用</p><p>　　TL494脈寬調(diào)制器件是目前微機(jī)電源中被廣泛采用來(lái)構(gòu)成其他激式直

60、流開(kāi)關(guān)電源的專用器件。在顯示電源和其他開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用中也常被采用。在大功率直流開(kāi)關(guān)電源中，為提高直流電源調(diào)整精度及易于完成各種自動(dòng)保護(hù)控制功能，是直流開(kāi)關(guān)電源中常用的脈寬調(diào)制器件，而且價(jià)格便宜。下面介紹一個(gè)TL494的應(yīng)用電路。</p><p>　　圖16 降壓型直流穩(wěn)壓電源電路圖</p><p>　　第四章 直流穩(wěn)壓電源的保護(hù)技術(shù)</p><p>　　直流穩(wěn)

61、壓器中所使用的大功率開(kāi)關(guān)器件價(jià)格較貴,其控制電路亦比較復(fù)雜,另外,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的負(fù)載一般都是用大量的集成化程度很高的器件安裝的電子系統(tǒng)。晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差。因而開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的保護(hù)應(yīng)該兼顧穩(wěn)壓器本身和負(fù)載的安全。保護(hù)電路的種類很多,這里介紹極性保護(hù)、程序保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)等電路。通常選用幾種保護(hù)方式加以組合,構(gòu)成完善的保護(hù)系統(tǒng)。</p><p><b>　　4.1

62、 極性保護(hù)</b></p><p>　　直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入一般都是未穩(wěn)壓直流電源。由于操作失誤或者意外情況會(huì)將其極性接錯(cuò),將損壞開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。極性保護(hù)的目的,就是使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器僅當(dāng)以正確的極性接上未穩(wěn)壓直流電源時(shí)才能工作。利用單向?qū)ǖ钠骷梢詫?shí)現(xiàn)電源的極性保護(hù)。最簡(jiǎn)單的極性保護(hù)電路如圖17所示。由于二極管D要流過(guò)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入總電流,因此這種電路應(yīng)用在小功率的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器上比較合適。在較大功率的場(chǎng)合

63、,則把極性保護(hù)電路作為程序保護(hù)中的一個(gè)環(huán)節(jié),可以省去極性保護(hù)所需的大功率二極管,功耗也將減小。為了操作方便,便于識(shí)別極性正確與否,在圖17中的二極管之后,接指示燈。</p><p>　　圖17 簡(jiǎn)單的極性保護(hù)</p><p><b>　　4.2 程序保護(hù)</b></p><p>　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的電路比較復(fù)雜,基本上可以分為小功率的控制部分

64、和大功率的開(kāi)關(guān)部分。開(kāi)關(guān)晶體管則屬大功率，為保護(hù)開(kāi)關(guān)晶體管在開(kāi)啟或關(guān)斷電源時(shí)的安全,必須先讓調(diào)制器、放大器等小功率的控制電路工作。為此,要保證正確的開(kāi)機(jī)程序。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器。在開(kāi)機(jī)瞬間,濾波電容器會(huì)流過(guò)很大的浪涌電流,這個(gè)浪涌電流可以為正常輸入電流的數(shù)倍。這樣大的浪涌電流會(huì)使普通電源開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)或繼電器的觸點(diǎn)熔化,并使輸入保險(xiǎn)絲熔斷。另外,浪涌電流也會(huì)損害電容器,使之壽命縮短,過(guò)早損壞。為此,開(kāi)機(jī)時(shí)應(yīng)

65、該接入一個(gè)限流電阻,通過(guò)這個(gè)限流電阻來(lái)對(duì)電容器充電。為了不使該限流電阻消耗過(guò)多的功率，以致影響開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的正常工作,而在開(kāi)機(jī)暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后，用一個(gè)繼電器自動(dòng)短接它,使直流電源直接對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器供電，如圖18所示。這種電路稱之謂開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的“軟啟動(dòng)”電路。</p><p>　　圖18 軟啟動(dòng)電路</p><p>　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的控制電路中的邏輯組件或者運(yùn)算放大器需用輔助電源供電。為此,輔助電

66、源必須先于開(kāi)關(guān)電路工作，這可用開(kāi)機(jī)程序控制電路來(lái)保證。一般的開(kāi)機(jī)程序是:輸入電源的極性鑒別,電壓保護(hù)→開(kāi)機(jī)程序電路工作→輔助電源工作并通過(guò)限流電阻 R對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入電容器C充電→ 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的調(diào)制電路工作，短路限流電阻→開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器 穩(wěn)定工作。</p><p>　　在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中,剛開(kāi)機(jī)時(shí),因?yàn)槠漭敵鲭娙萑萘看?充到額定輸出電壓值需要一定時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi),取樣放大器輸入低的輸出電壓采樣,根據(jù)系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)節(jié)特性將

67、迫使開(kāi)關(guān)三極管的導(dǎo)通時(shí)間加長(zhǎng),這樣一來(lái),開(kāi)關(guān)三極管就會(huì)在這段期間內(nèi)趨于連續(xù)導(dǎo)通,而容易損壞。為此,要求在開(kāi)機(jī)這一段時(shí)間內(nèi),開(kāi)關(guān)調(diào)制電路輸出給開(kāi)關(guān)三極管基極的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，能保證開(kāi)關(guān)三極管由截止逐漸趨于正常的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，故而要加設(shè)開(kāi)機(jī)保護(hù)以配合軟啟動(dòng)。 </p><p>　　4.3 過(guò)電流保護(hù)</p><p>　　當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載短路、過(guò)載或者控制電路失效等意外情況時(shí),會(huì)引起流過(guò)穩(wěn)壓器中開(kāi)關(guān)三

68、極管的電流過(guò)大，使管子功耗增大,發(fā)熱,若沒(méi)有過(guò)流保護(hù)裝置,大功率開(kāi)關(guān)三極管就有可能損壞。故而在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中過(guò)電流保護(hù)是常用的。最經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的方法是用保險(xiǎn)絲。由于晶體管的熱容量小,普通保險(xiǎn)絲一般不能起到保護(hù)作用,常用的是快速熔斷保險(xiǎn)絲。這種方法具有保護(hù)容易的優(yōu)點(diǎn)，但是,需要根據(jù)具體開(kāi)關(guān)三極管的安全工作區(qū)要求來(lái)選擇保險(xiǎn)絲的規(guī)格。這種過(guò)流保護(hù)措施的缺點(diǎn)是帶來(lái)經(jīng)常更換保險(xiǎn)絲的不便。</p><p>　　在線性穩(wěn)壓器中常用限

69、流保護(hù)和電流截止保護(hù)在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中均能應(yīng)用。但是,根據(jù)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的特點(diǎn),這種保護(hù)電路的輸出不能直接控制開(kāi)關(guān)三極管,而必須使過(guò)電流保護(hù)的輸出轉(zhuǎn)換為脈沖指令,去控制調(diào)制器以保護(hù)開(kāi)關(guān)三極管。為了實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)一般均需要用取樣電阻串聯(lián)在電路中,這會(huì)影響電源的效率,因此多用于小功率開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的場(chǎng)合。而在大功率的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中,考慮到功耗，應(yīng)盡量避免取樣電阻的接入。因此,通常將過(guò)電流保護(hù)轉(zhuǎn)換為過(guò)、欠電壓保護(hù)。 </p><p&g

70、t;　　4.4 過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的過(guò)電壓保護(hù)包括輸入過(guò)電壓保護(hù)和輸出過(guò)電壓保護(hù)。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)壓直流電源諸如蓄電池和整流器的電壓如果過(guò)高,使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器不能正常工作,甚至損壞內(nèi)部器件,因此,有必要使用輸入過(guò)電壓保護(hù)電路。用晶體管和繼電器所組成的保護(hù)電路如圖19所示。</p><p>　　圖19 輸入過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　

71、圖20 輸入過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　在該電路中，當(dāng)輸入直流電源的電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過(guò)電阻R， 使晶體管V導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作，常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，切斷輸入。其中穩(wěn) 壓管的穩(wěn)壓值Vz=ESrmax－UBE。輸入 電源的極性保護(hù)電路可以跟輸入過(guò)電壓保護(hù)結(jié)合在一起,構(gòu)成極性 保護(hù)鑒別與過(guò)電壓保護(hù)電路。 </p><p>　　輸出過(guò)電壓保護(hù)在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中是至關(guān)

72、重要的。特別對(duì)輸出為5V的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō),它的負(fù)載是大量的高集成度的邏輯器件。如果在工作時(shí),開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)三極管突然損壞,輸出電位就可能立即升高到輸入未穩(wěn)壓直流電源的電壓值,瞬時(shí)造成很大的損失。常用的方法是晶閘管短路保護(hù)。最簡(jiǎn)單的過(guò)電壓保護(hù)電路如圖20所示。當(dāng)輸出電壓過(guò)高時(shí),穩(wěn)壓管被擊穿,觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,把輸出端短路,造成過(guò)電流,通過(guò)保險(xiǎn)絲或電路保護(hù)器將輸入切斷,保護(hù)了負(fù)載。這種電路的響應(yīng)時(shí)間相當(dāng)于晶閘管的開(kāi)通時(shí)間，約為5～10μs。

73、它的缺點(diǎn)是動(dòng)作電壓是固定的，溫度系數(shù)大，動(dòng)作點(diǎn)不穩(wěn)定。另外，穩(wěn)壓管存在著參數(shù)的離散性，型號(hào)相同但過(guò)電壓起動(dòng)值卻各不相同，給調(diào)試帶來(lái)了困難。圖21是改進(jìn)后的電路。其中R1、R2是取樣電路，Vz是基準(zhǔn)電壓。 </p><p>　　圖 21 輸出過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　輸出電壓Esc突然升高，晶體管V1、V2導(dǎo)通，晶閘管就導(dǎo)通。UBE1為V1的發(fā)射結(jié)（BE）電壓降。本電路的動(dòng)作電壓可變

74、，并且動(dòng)作點(diǎn)相當(dāng)穩(wěn)定。當(dāng)穩(wěn)壓管為7V時(shí)，其溫度系數(shù)和晶體管V1的發(fā)射結(jié)（BE）電壓的溫度系數(shù)可以抵消，能使溫度系數(shù)降得很低。但是對(duì)于輸出為5～5.5V的直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)，其常用的動(dòng)作電壓是 5.5～6V。那么穩(wěn)壓管電壓必在3.5V以下，此電壓附近的穩(wěn)壓管的溫度變化系數(shù)是－20～－30mV/℃。因此,溫度變化大的場(chǎng)合保護(hù)電路還會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。采用集成電路電壓比較器來(lái)檢測(cè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓，是目前較為常用的方法，利用比較器的輸出狀態(tài)的改變

75、跟相應(yīng)的邏輯電路配合，構(gòu)成過(guò)電壓保護(hù)電路，這種電路既靈敏又穩(wěn)定。</p><p>　　以上分別討論了在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中的各種保護(hù)方式,并介紹了一些具體實(shí)現(xiàn)的方法。對(duì)一個(gè)給定的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源來(lái)說(shuō)，還應(yīng)從整機(jī)保護(hù)方面考慮以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1)把開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中所應(yīng)用的開(kāi)關(guān)三極管限制在直流安全工作區(qū)域之內(nèi)工作。對(duì)于選定的開(kāi)關(guān)三極管,由晶體管手冊(cè)可查得其直流安全工作區(qū)。根據(jù)集電極電流的最大值來(lái)

76、確定輸入過(guò)電流的保護(hù)值。但是,這個(gè)瞬時(shí)最大值應(yīng)轉(zhuǎn)換為電流的平均值。在額定輸出電流與輸出電壓的條件下,開(kāi)關(guān)管的動(dòng)態(tài)負(fù)載線不超過(guò)直流安全工作區(qū)的最大輸入電壓,就是輸入過(guò)電壓保護(hù)的電壓值。</p><p>　　2)把開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸出限制在所給定的技術(shù)指標(biāo)之內(nèi)。在所要求的工作溫度范圍內(nèi),開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓的上、下限就是輸出過(guò)、欠電壓保護(hù)的電壓值。過(guò)電流保護(hù)則可根據(jù)最大輸出電流來(lái)確定。為了不誤告警,保護(hù)值應(yīng)適當(dāng)留一定的余

77、量。</p><p>　　3)由以上兩點(diǎn)確定保護(hù)方式之后,再根據(jù)電源裝置的需要來(lái)確定告警措施。一般告警措施有聲警和光警兩種。聲警適用于整機(jī)比較復(fù)雜、電源部分又裝在不顯眼的地方,它可以給工作人員以有效的故障告警;光警可以醒目地指示故障告警并指出故障發(fā)生的部位和類型。保護(hù)措施要視所保護(hù)的部位來(lái)確定。在大功率,多路電源的場(chǎng)合,總是用交、直流斷路器,高靈敏繼電器等構(gòu)成自動(dòng)保護(hù)措施,切斷電源的輸入使系統(tǒng)停止工作,免受損害。

78、通過(guò)邏輯控制電路使相應(yīng)的開(kāi)關(guān)三極管截止的方案顯得既靈敏方便又經(jīng)濟(jì)。這樣可以省去體積大,響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),價(jià)格貴的大功率繼電器或斷路器。</p><p>　　4)電源中加設(shè)了保護(hù)電路之后會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性，為此要求保護(hù)電路本身的可靠性要高，以提高整個(gè)電源系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而提高電源本身的MTBF。這就要求保護(hù)的邏輯嚴(yán)密,電路簡(jiǎn)單、元器件最少，除此而外還要考慮到保護(hù)電路本身出故障時(shí)維修難度和其所保護(hù)的電源損壞程度。</

79、p><p>　　所以必須全面系統(tǒng)地考慮開(kāi)關(guān)電源各種保護(hù)措施，確保開(kāi)關(guān)電源的正常工作和高效率與高可靠性。</p><p>　　第五章 穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　技術(shù)指標(biāo)是用來(lái)表示穩(wěn)壓電源性能的參數(shù)，主要有以下兩種：</p><p><b>　　5.1 特性指標(biāo)</b></p><p&g

80、t;　　表明穩(wěn)壓電源工作特性的參數(shù)。</p><p>　　例如：允許輸入的電壓，輸出電壓及可調(diào)范圍，輸出電流等。</p><p><b>　　5.2 質(zhì)量指標(biāo)</b></p><p>　　衡量穩(wěn)壓電源性能優(yōu)劣的參數(shù)。</p><p><b>　　1．穩(wěn)壓系數(shù)Sr</b></p>&l

81、t;p>　　負(fù)載不變時(shí)，穩(wěn)壓電路輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓相對(duì)變化量之比。即</p><p>　　它表明穩(wěn)壓電源克服電網(wǎng)電壓變化的能力。</p><p><b>　　2．輸出電阻ro</b></p><p>　　輸入電壓不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。即</p><p>　　它表明穩(wěn)壓電源克服負(fù)載電阻

82、變化的能力。</p><p><b>　　3．電壓調(diào)整率</b></p><p>　　額定負(fù)載不變時(shí)，電網(wǎng)電壓變化10%，輸出電壓相對(duì)變化量。即</p><p><b>　　4．電流調(diào)整率</b></p><p>　　電網(wǎng)電壓不變時(shí)，輸出電流從零到最大值變化時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量。即</p&

83、gt;<p>　　一般常用穩(wěn)壓系數(shù)Sr和輸出電阻ro這兩個(gè)主要指標(biāo)。其數(shù)值越小，電路穩(wěn)壓性能越好。</p><p>　　第六章 恒壓差控制</p><p>　　在DC-DC轉(zhuǎn)換電路和線性穩(wěn)壓電源之間采用恒壓差控制，即：通過(guò)反饋，使DC-DC轉(zhuǎn)換電路輸出電壓與線性穩(wěn)壓器輸出電壓差值恒定，這樣，即可保證線性穩(wěn)壓電路所需的電壓差，降低了線性穩(wěn)壓電路低輸出的損耗，提高穩(wěn)壓模塊效率。

84、</p><p>　　在這一模塊電路中，還接有軟啟動(dòng)電路，在開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)，對(duì)產(chǎn)生過(guò)沖現(xiàn)象有相當(dāng)大程度上的抑制。同時(shí)，通過(guò)控制DC-DC變換的脈寬，可實(shí)現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)流保護(hù)。</p><p>　　6.1 同步跟蹤法的機(jī)理</p><p>　　同步跟蹤法的原理方框圖如圖22所示。這里RP和RP′是一個(gè)阻值均為2K的精密多圈同軸電位器。</p><p>

85、　　圖 22 同步跟蹤法的原理方框圖</p><p><b>　　6.2 參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　(1) MJE3055管壓降的確定：為了確保整機(jī)技術(shù)指標(biāo)和管子安全，調(diào)整管管壓降選擇至關(guān)重要。一般不能取得太低，因?yàn)榈陀?.4V時(shí)復(fù)合管進(jìn)入了飽和區(qū)，許多技術(shù)指標(biāo)會(huì)急劇下降。又不能取得太低，高了會(huì)使效率下降，甚至造成管子過(guò)熱而損壞調(diào)整管。一般去3—6V

86、為宜。折中考慮去5V。</p><p>　　(2)輸出電壓范圍確定：根據(jù)題目要求輸出電壓范圍+9—+12V，盡量擴(kuò)展輸出范圍，這里暫定+5—+15V。</p><p>　?。?）Uref、U´ref、RP和RP’的確定：因總體方案和各模塊方案確定之后，主要器件已經(jīng)確定。故許多參數(shù)自然就確定了。如，PWMTL494確定之后，U´ref U´ref =3.5V(內(nèi)

87、部提供的)。另選擇Uref=2.5V(實(shí)際上是2.495V)，Rp=Rp’=2k</p><p>　　(4)R14和R15的確定：</p><p>　　{1+（RP+R14）/ R15}Uref=Uomax</p><p>　　{1+R14/ (R15+RP)}Uref=Uomin</p><p>　　由兩式代人數(shù)據(jù)解得： R14=1K

88、 R15=3K</p><p>　　R11和R12的確定：</p><p>　　{1+（2+R11/R12）}×U´ref=15+5=20</p><p>　　{1+R11/(2+R12)} ×U´ref=5+5=10</p><p>　　由兩式代人數(shù)據(jù)解得： R11≈6K R12≈1.2K

89、</p><p>　　(5)效率估算：在輸出電壓Uo=Uomin時(shí)，效率為最低：在Uo=Uomin時(shí)效率最高?，F(xiàn)設(shè)變壓器的效率為　η1=95%,整流濾波器的效率η2=95%，DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率η3=90%。設(shè)線性穩(wěn)壓電路效率為η4。</p><p>　　于是 ηmin=η1·η2·η3·η4=0.95×0.95×0.9×5/

90、10=0.406</p><p>　　ηmax=η1·η2·η3·η4=0.95×0.95×0.9×15/20=0.609</p><p>　　通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)元器件的選用及有關(guān)元器件參數(shù)的計(jì)算、效果的估計(jì)，都能達(dá)到預(yù)期效果。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p>

91、<p>　　經(jīng)上述文章的闡述，直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程已完成，精心的設(shè)計(jì)使得直流開(kāi)穩(wěn)壓電源在工作中取得獨(dú)特的效果。但由于選用器件的質(zhì)量有限，導(dǎo)致直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓效果大大降低，從而體現(xiàn)了穩(wěn)壓電源的局限性。</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源采用PWM調(diào)制方式來(lái)控制調(diào)整管，大大的提高了電源的安全性，而且降低的調(diào)整管的管壓降，對(duì)調(diào)整管起到很好的保護(hù)作用。后面采用恒壓差控制通過(guò)反饋，使DC-DC轉(zhuǎn)換電路輸出

92、電壓與線性穩(wěn)壓器輸出電壓差值恒定，這樣，即可保證線性穩(wěn)壓電路所需的電壓差，降低了線性穩(wěn)壓電路低輸出的損耗，提高穩(wěn)壓模塊效率。同時(shí)，通過(guò)控制DC-DC變換的脈寬，可實(shí)現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)流保護(hù)。</p><p>　　通過(guò)加強(qiáng)對(duì)此產(chǎn)品的制作水平，投入實(shí)際應(yīng)用中將會(huì)取得極大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李

93、愛(ài)文.現(xiàn)代逆變技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2000.</p><p>　　[2]何希才.新型開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2001.</p><p>　　[3]常敏慧.開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用、設(shè)計(jì)與維修[M].北京:科學(xué)文獻(xiàn)出版社,2001.</p><p>　　[4]摘自科技論壇網(wǎng).www.cnki.net</p><p>