開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計設(shè)計

1、<p>　　鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院</p><p>　　畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）</p><p>　　XXXX屆 XXXXXXXXX 專業(yè) XXXXXX 班級</p><p>　　題 目 開關(guān)電源設(shè)計 </p><p>　　姓 名 XXX 學(xué)號 XXXXXXX

2、</p><p>　　指導(dǎo)教師 XXX 職稱 副教授 </p><p>　　二ОО 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電源是實現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備，有電器的地方就有電源,現(xiàn)代電子設(shè)備中的電路使用了大量的半導(dǎo)體器件，這些半導(dǎo)體需

3、要幾伏到幾十伏的直流供電，以便得到正常工作所必需的能源。開關(guān)電源的高頻變換電路形式很多, 常用的變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。</p><p>　　本論文為了完成電路的設(shè)計要求，電路設(shè)計分為三部分：變壓、整流、濾波、保護(hù)和運放部分，DC/DC升壓擴(kuò)流部分，DC/DC控制部分和電壓顯示部分，基本能夠?qū)崿F(xiàn)電源從輸入到輸出的變換，以較為簡單的高頻開關(guān)電源為設(shè)計方向而展開，對開關(guān)電源的定義，結(jié)構(gòu)，

4、工作原理等問題的闡述，也包括了電路每一個部分如何正確地選擇電路,硬件的選擇，最后對開關(guān)電源中的損耗問題進(jìn)行了研究。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b></p><p>　　開關(guān)電源,電路組成，小功率高頻</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Power i

5、s to achieve power conversion and power transmission major equipment. In the information age, agriculture, energy, transportation, communications and other areas Power of the film industry make a greater and higher requi

6、rements，such as energy, materials, weight reduction, environmental protection, safety and reliability. This has forced the power workers have been exploring the technology for a variety of rural customs, the power to mak

7、e the best products to meet the requirements of all w</p><p>　　In this paper, in order to complete the circuit design, circuit design is divided into three parts: transformer, rectifier, filter, and amplifie

8、r part protection, part DC/DC boost expansion, DC/DC control and voltage display part, can realize the transform power from input to output, with relatively high frequency switching power supply for the design direction

9、and simple expansion, definition of switching power supply, the structure, working principle and other problems, including the every par</p><p><b>　　KEY WORDS</b></p><p>　　Switch pow

10、er supply circuit,low power,high frequency</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第一章 開關(guān)電源概述2</p><p>　　1.1 開關(guān)電源的定義與分類2</p>

11、<p>　　1.2 開關(guān)電源的組成2</p><p>　　1.3 開關(guān)電源的基本工作原理與應(yīng)用3</p><p>　　1.3.1 開關(guān)電源的基本工作原理3</p><p>　　1.3.2 開關(guān)電源的應(yīng)用5</p><p>　　第二章 方案確定6</p><p>　　2.1 設(shè)計指標(biāo)7

12、</p><p>　　2.2 設(shè)計思路7</p><p>　　2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖8</p><p>　　第三章 電源設(shè)計8</p><p>　　3.1 變壓、整流、濾波、保護(hù)和運放部分9</p><p>　　3.2 DC/DC升壓擴(kuò)流部分10</p><p>　　3.3 D

13、C/DC控制部分和電壓顯示部分12</p><p>　　3.4 整體主電路12</p><p>　　第四章 開關(guān)電源中的損耗問題14</p><p>　　4.1 損耗問題14</p><p>　　4.1.1 磁芯損耗14</p><p>　　4.1.2 繞組損耗14</p><p&g

14、t;　　4.1.3 溫升14</p><p>　　4.2 解決方法15</p><p><b>　　結(jié) 論17</b></p><p><b>　　謝 辭17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p>　　附

15、錄1：開關(guān)電源常用英文標(biāo)志與縮寫20</p><p>　　外文資料譯文錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)時代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時期，電源是向負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備，是工業(yè)的基礎(chǔ)。</p><p>　　本論文的目的

16、就是查閱相關(guān)資料，掌握開關(guān)電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)怎樣設(shè)計小功率開關(guān)電源的方法，開闊視野，從而提高自身的能力。開關(guān)電源的高頻化電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)，高頻化帶來的效益是使開關(guān)電源裝置空前地小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。</p><p>　　課題研究的意義在于：當(dāng)代許多高新技術(shù)均與電

17、源的電壓、電流、頻率、相位和波形等基本技術(shù)參數(shù)的變換和控制相關(guān)，電源技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對這些參數(shù)的精確控制和高效率的處理，因此，電源技術(shù)不但本身是一種高新技術(shù)，而且還是其評它多項高新技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。電源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展必將為大幅度節(jié)約電能、降低材料消耗以及提高生產(chǎn)效率提供重要的手段，并為現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活帶來為深遠(yuǎn)的影響。</p><p><b>　　開關(guān)電源設(shè)計</b></p>

18、;<p>　　XXXXXX XX 指導(dǎo)老師：XXX 副教授</p><p>　　第一章 開關(guān)電源概述</p><p>　　1.1 開關(guān)電源的定義與分類</p><p>　　電是工業(yè)的動力，是人類生活的源泉。電源是產(chǎn)生電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠

19、性等指標(biāo)。我們用的電，一般都需經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能合適使用的需要，例如交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換小功率等。</p><p>　　按照電子理論，所謂AC/DC就是交流轉(zhuǎn)換為直流；AC/AC稱為交流變交流，即為改變頻率；DC/AC稱為逆變；DC/DC為直流變交流后再變?yōu)橹绷鳌榱诉_(dá)到轉(zhuǎn)換的目的，電流變換的方法是多樣的。自20世紀(jì)60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所以，

20、凡是用半導(dǎo)體功率器件作開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫開關(guān)變換電路。在轉(zhuǎn)換時，以自動控制穩(wěn)定輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，稱為開關(guān)電源。</p><p>　　人們在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，但AC/DC的模塊化，因其自身的

21、特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下是針對DC/DC較為簡單的類型。</p><p>　　1.2 開關(guān)電源的組成</p><p>　　開關(guān)電源的基本組成如圖1-2所示。其中DC/DC變換器用以進(jìn)行功率變換，它是開關(guān)電源的核心部分；開關(guān)信號的放大部分，對來自信號源的開關(guān)信號進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開關(guān)管的要求；比較放大器對給定信號和輸出反饋信號進(jìn)行比較運算，控制開

22、關(guān)信號的幅值、 頻率、 波形等，通過驅(qū)動器控制開關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時間，從而調(diào)整輸出電壓。DC/DC變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。開關(guān)電源的負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器的特性決定，所以可以通過提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC的方法來改善瞬

23、態(tài)響應(yīng)特性。</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　輸入輸出</b></p><p>　　圖1-2 開關(guān)電源的基本組成</p><p>　　1.3 開關(guān)電源的基本工作原理與應(yīng)用</p><p>　　1.3.1 開關(guān)電源的基本工作原理&l

24、t;/p><p>　　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)電源的工作原理可以用圖1-1進(jìn)行說明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開關(guān)S加至輸出端，S為受控開關(guān)，是一個受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開時間，就能把輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓。這個脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓Uo。</p&g

25、t;<p>　　(a) 電路圖；(b) 波形圖</p><p>　　圖1-1開關(guān)電源的工作原理</p><p>　　為方便分析開關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下：</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　式中，T表示開關(guān)S的開關(guān)重復(fù)周期；TON表示開關(guān)S在一個開關(guān)周期中的導(dǎo)通時間。

26、</p><p>　　開關(guān)電源直流輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之間有如下關(guān)系：</p><p>　　Uo=UiD (1-2)</p><p>　　由式(1-1)和式(1-2)可以看出，若開關(guān)周期T一定，改變開關(guān)S的導(dǎo)通時間，即可改變脈沖占空比D，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。T不變，只改變來實現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈

27、沖寬度調(diào)制(PWM)。由于PWM式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計，易實現(xiàn)最優(yōu)化，因此PWM式開關(guān)電源用得較多。若保持不變，利用改變開關(guān)頻率f=1/T實現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)輸出直流電壓Uo穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制(PFM)。由于該方式的開關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計不易實現(xiàn)最優(yōu)化。既改變，又改變T，實現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。</p><p>　　1.3.2 開關(guān)

28、電源的應(yīng)用</p><p>　　, 市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷? 采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電(1) 通信電源</p><p>　　通信業(yè)的迅速發(fā)展極大地推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流- 直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源是把單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V 的直流電源。通信設(shè)備

29、計算速度的不斷提高, 使得時鐘頻率不斷提高, 所用集成電路的種類繁多,其電源電壓要求也各不相同,通常超過10 種, 在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC- DC 隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V 直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。</p><p&g

30、t;　　(2)高頻逆變式整流焊機(jī)電源</p><p>　　高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　逆變焊機(jī)電源大都采用交流- 直流- 交流- 直流(AC- DCAC-DC)變換的方法。50Hz 交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直

31、流電逆變成20kHz 的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。</p><p>　　由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁地處于短路、燃弧、開路交替變化之中, 因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器作為脈沖寬度調(diào)制( PWM) 的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,

32、解決了目前大功率IGBT 逆變電源可靠性。國外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60～75V,電流調(diào)節(jié)范圍5～300A,重量29kg。</p><p>　　(3)大功率開關(guān)型高壓直流開關(guān)電源</p><p>　　大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X 光機(jī)和CT 機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50～l59kV,電流達(dá)到0.5A 以上,功率可達(dá)10

33、0kW。</p><p>　　自從上個世紀(jì)70 年代開始, 日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz 左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80 年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz 以上, 并將干式變壓器技術(shù)成功地應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。</p><p>　　國內(nèi)對

34、靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。</p><p><b>　　第二章 方案確定</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計指標(biāo)</b></p><p>　　(1

35、) 輸入電壓：輸入變壓器二次側(cè)標(biāo)稱電壓15Vac，輸入電壓范圍：180~240Vac。</p><p>　　(2)輸出電壓：25 Vdc.</p><p>　　(3)最大輸出電流：1.00A。</p><p>　　(4)電壓調(diào)整率：≤2%（在0.10A條件下測試）。</p><p>　　(5)負(fù)載調(diào)整率：≤2%。</p><

36、;p>　　(6)紋波電壓：≤250mVp-p（在輸入電壓220Vac、滿載條件下，用示波器測試）。</p><p>　　(7)DC/DC變換器（含控制顯示電路）效率≥60%（在輸入電壓220Vac、滿載條件下測試）。</p><p>　　(8)可顯示輸出電壓、電流；電壓示數(shù)分辨率0.1V，精度1%；電流示數(shù)分辨率0.01A，精度1%。</p><p>　　(9

37、)有鍵控開關(guān)功能</p><p><b>　　2.2 設(shè)計思路</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計的基本要求和發(fā)揮部分要求，電路設(shè)計分為三部分：變壓、整流、濾波、保護(hù)和運放部分，DC/DC升壓擴(kuò)流部分，DC/DC控制部分和電壓顯示部分。考慮到電路的簡化及可行性、電路板制作的方便和準(zhǔn)確性、芯片和主要元器件的選擇購買問題、測試條件的限制等等，其中變壓電路采用鐵芯變壓器

38、220 Vac轉(zhuǎn)化為15Vac；整流電路采用整流二極管組成的電橋；極性電容本身具有單向電流導(dǎo)通作用，因此我們用1000uF耐壓25V的極性電容構(gòu)成濾波電路；為了達(dá)到合適的輸出電壓而又不燒壞電路，就必須考慮過流保護(hù)和電壓可調(diào)，由此我們利用幾個三極管組成運放電路，可以利用變阻器改變電壓；按照要求基本輸出是電壓25Vdc\電流1.5A，在前一級穩(wěn)壓部分的輸出還達(dá)不到要求，在設(shè)計DC/DC電路時還必須充分考慮升壓和擴(kuò)流的功能，選用集成芯片就能很

39、好解決這個問題；DC/DC控制部分和電壓顯示部分由于編寫程序的限制，只能采用集成芯片及其外圍電路組成。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　為了完成設(shè)計任務(wù)，設(shè)計開關(guān)電源電路，其中主要包括了變壓、整流、濾波，DC/DC變換器，控制顯示電路等結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。</p><p><b>　　輸入輸出</b>

40、;</p><p>　　圖2-1 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　第三章 電源設(shè)計</b></p><p>　　3.1 變壓、整流、濾波、保護(hù)和運放部分</p><p>　　方案一：制作一個實用穩(wěn)壓電源，它是一個可供實際應(yīng)用的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路。其輸出電壓Usc＝25伏，輸出電流Isc＝500毫安左右。該

41、電路的特點是各個部分分工明確，保護(hù)電路與放大分開，既保護(hù)三極管的安全，又起到變壓、整流和濾波的順利實現(xiàn)。</p><p>　　方案二：電路的輸出電壓可在25伏，輸出額定電流500毫安。當(dāng)電網(wǎng)交流電壓在220V 10%變化時，輸出電壓穩(wěn)定度<1.5%，當(dāng)負(fù)載電流從0升至500mA時，穩(wěn)壓電源內(nèi)阻<0.5;</p><p>　　當(dāng)負(fù)載電流>700mA時，保護(hù)電路動作，自動限制

42、輸出電流。</p><p>　　方案一和方案二的區(qū)別在于保護(hù)電路的工作方式和范圍不同，再者電容與電阻的選取不一樣。方案二測試結(jié)果穩(wěn)定，元器件容易購買，因此選擇方案二，方案二設(shè)計如圖4-1所示。</p><p>　　變壓器采用自制銅絲纏繞鐵芯方法制作，經(jīng)測試性能剛好是220Vac變換成15Vac。整流電路使用橋式整流，綜合本總體的電壓和電流要求選用整流二極1N4007(D1)。濾波部分對電壓

43、要求較大，所以選用1000uF/25V的極性電容。保護(hù)和運放采用簡單的三極管串接而成，但考慮到電壓和電流的限制，大功率管3DD15應(yīng)用于本電路中電路圖如3-1所示。</p><p>　　圖3-1變壓、整流、濾波、保護(hù)和運放部分電路圖</p><p>　　3.2 DC/DC升壓擴(kuò)流部分</p><p>　　PWM電路是一種數(shù)字電路，它可以通過單片機(jī)的I/O口來實現(xiàn)，

44、當(dāng)然有一些高級的處理器，本來就有PWM輸出引腳。pwm是一個周期信號，主要參數(shù)是頻率和占空比，如果這兩個參數(shù)確定，那這個PWM信號就是確定的。</p><p>　　頻率應(yīng)該比較容易懂，占空比就是在一個周期信號中，高電平的時間/周期的比值,具體到單片機(jī)控制上，只要讓I/O不斷輸出高低電平就可以了啊，控制高電平的時間和低電平的時間就能輸出不同的周期和占空比了。</p><p>　　方案一：DC

45、/DC轉(zhuǎn)換器34063開關(guān)管允許的峰值電流為1.5A，超過這個值可能會造成34063永久損壞。要想達(dá)到更大的輸出電流，必須借助外加開關(guān)管。外接開關(guān)管降壓電路和升壓電路。</p><p>　　方案二:LM2576系列芯片是一個既有3.3V、5V、12V、15V固定電壓輸出，又有輸出電壓可調(diào)的多種開關(guān)集成穩(wěn)壓器。可調(diào)輸出電壓范圍1.23V～37V；輸出電流（最大）3A；寬電源輸入3V～45V，輸入電壓最高可達(dá)45V；

46、 </p><p>　　方案一：由34063構(gòu)成的開關(guān)電源雖然價格便宜、應(yīng)用廣泛，而且輸出電壓也可以自己控制，但它的局限性也是顯而易見的。主要有以下幾點：</p><p><b>　　(1)效率偏低。</b></p><p>　　(2)占空比范圍偏??；</p><p>　　(3)由于采用開環(huán)誤差放大，所以占空比不能鎖定；

47、</p><p>　　方案二：優(yōu)點是它具有輸入電壓范圍寬，輸出電流較大，轉(zhuǎn)換效率高及外圍元件少等特點，還具有過流保護(hù)及關(guān)閉電源控制功能。</p><p>　　缺點：雖然外圍元件少可以控制電壓輸出，但是無法精確電流的輸出。</p><p>　　綜上所述，34063芯片可控性較差，而且LM2576T-ADJ本身含有（PWM）脈寬調(diào)制功能。故，采用方案二。</p&g

48、t;<p>　　由于前一級電路輸出未能達(dá)到輸出的要求（電壓25Vdc,電流1.5A），為此在設(shè)計DC/DC電路時應(yīng)加入升壓和擴(kuò)流的功能。LM2576系列集成電路有輸出電壓可調(diào)的多種開關(guān)集成穩(wěn)壓器，可調(diào)輸出電壓范圍1.23V～37V；輸出電流（最大）3A；寬電源輸入3V～45V，輸入電壓最高可達(dá)45V。LM2576的特點是外圍電路簡單只需一些電容、電阻和二極管就行，而且升壓效率較高。完全能符合升壓和擴(kuò)流的條件,根據(jù)以上設(shè)計電

49、路圖如圖3-2。 </p><p>　　圖3-2 DC/DC升壓擴(kuò)流部分</p><p>　　3.3 DC/DC控制部分和電壓顯示部分</p><p>　　方案一：將模擬信號經(jīng)過NE5534放大再經(jīng)過DAC0832轉(zhuǎn)換后單片機(jī)計算，通過按鍵可以對DC/DC電路控制，加減電壓幅值，然后驅(qū)動數(shù)碼管顯示具體數(shù)值。</p><p>　　方案二：IC

50、L7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零功能等。因此我們用它進(jìn)行數(shù)字電壓表的制作。制作時，數(shù)字顯示用的數(shù)碼管為共陽型，2K可調(diào)電阻最好選用多圈電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻。</p><p>　　方案一（單片機(jī)處理）雖然合理且目的明確，但要設(shè)計軟件，容易出現(xiàn)差錯，因此我們選用集成芯片IC

51、L7107組成的方案二。</p><p>　　3.4 整體主電路</p><p>　　主電路設(shè)計圖如圖3-3所示，電源的輸出電壓為25Vdc。該電路的變換器是一個降壓型開關(guān)電路。由單管驅(qū)動隔離變壓器TC主繞組N1電流，C2、 R3可以提供變壓器原邊泄放通路。輸出經(jīng)整流、濾波送負(fù)載。芯片所用的電源VCC由R2從整流后電壓提供。VCC同時也作為輔助反饋繞組N3的反饋電壓。</p>

52、<p>　　圖3-3開關(guān)電源電路圖</p><p>　　反激電路中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對相互耦合的電感。工作過程是：開關(guān)開通后，V處于斷態(tài)，初級繞組的電流線性增長，電感儲能增加；開關(guān)關(guān)斷后，初級繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過次級繞組和V向輸出端釋放。</p><p>　　第四章 開關(guān)電源中的損耗問題</p><p><

53、;b>　　4.1 損耗問題</b></p><p>　　4.1.1 磁芯損耗</p><p>　　磁芯損耗取決于磁感應(yīng)增量、頻率和溫度。若不考慮溫度影響, 軟磁鐵氧體鐵芯總損耗通常由三部分構(gòu)成: 磁滯損耗Ph、渦流損耗Pe 和剩余損耗Pr。每種損耗產(chǎn)生的頻率范圍是不同的, 鐵芯總損耗為 : </p>

54、;<p>　　(3-1) </p><p>　　式(3-1)其中KP為鐵芯損耗系數(shù), 不考慮溫度時為常數(shù), V 為鐵心體積, f為工作頻率, B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度,m 、n 分別是工作頻率和磁感應(yīng)的指數(shù), 它們與鐵芯的材料有關(guān)。</p><p>　　4.1.2 繞組損耗</p><p>　　由于諧波的存在, 繞組損耗也是變壓器損耗的重要組成

55、部分, 對變壓器來說諧波畸變率越大, 損耗也將會越大。在諧波影響下, 變壓器的繞組損耗將隨著諧波電流的增大而增大。由于非全相整流負(fù)荷的原因, 變壓器中會存在直流分量, 它會使變壓器產(chǎn)生偏磁。因此, 如果考慮直流分量的影響, 繞組損耗的計算公式為:</p><p><b>　　(3-2) </b></p><p>　　式(3-2)中: 為繞組損耗, h 為諧波次數(shù),

56、為第h次諧波下原邊繞組的電阻, 為第h次諧波下副邊繞組的電阻, 為流過原邊繞組的諧波電流的有效值, 為流過副邊繞組的諧波電流的有效值。</p><p>　　4.1.3 溫升 </p><p>　　高頻變壓器的溫升對系統(tǒng)的工作狀態(tài)和輸出功率會有影響, 而溫升與能量損耗一般成正比關(guān)系,即: </p><p><b>　　(3-3)</b><

57、;/p><p>　　其中——比例常數(shù)，即熱阻 </p><p>　　—— 溫升 —— 損耗功率</p><p>　　由上式(3-3)可知, 為了降低溫升, 必須減少能量的損耗。而能量的損耗又直接與鐵芯損耗和繞組損耗有關(guān), 因此在設(shè)計中必須考慮降低它們的損耗量。</p><p><b>　　4.2 解決方法</b>&l

58、t;/p><p>　　一般而言，選擇電感時，只需計算出最大負(fù)載電流，通過容許 20% 紋波電流來建立電感。由于磁芯損耗微不足道，因此會出現(xiàn)類似于產(chǎn)品說明書中所示的溫升。然而，隨著開關(guān)頻率上升至 500 kHz 以上，磁芯損耗和繞組交流損耗可以極大地減少電感中的容許直流電流。使用 20% 紋波電流來計算電感，可帶來相同的磁芯材料通量激增，其與頻率無關(guān)。磁芯損耗方程式的一般形式為：Pcore = K × F1.

59、3,因此，如果頻率 (F) 從 100 kHz 升至 500 kHz，則磁芯損耗便為原來的8倍，并且隨磁芯損耗上升而下降的容許銅線損耗。100 KHz時，大多數(shù)損耗存在于銅線中，同時利用全直流額定電流是可能的。更高頻率時，磁芯損耗變大。由于總?cè)菰S損耗由磁芯損耗與銅線損耗之和決定，因此銅線損耗必須在磁芯損耗上升時降低。這種情況一直持續(xù)到各損耗均相等。最佳情況是，在高頻率下?lián)p耗穩(wěn)定保持相等，并允許從磁結(jié)構(gòu)獲得最大輸出電流。</p>

60、;<p>　　1 0.5 MHz以上，磁芯損耗大大降低了有效傳導(dǎo)損耗。1.3 MHz以下時，電感與開關(guān)頻率成反比關(guān)系。電感在1.3 MHz 附近達(dá)到最小值。該頻率以上，則必須升高電感來限制磁芯通量，從而將磁芯損耗控制在總損耗的 50%。該電感的額定電流也同時被計算出來。低頻率時，磁芯損耗并不大，額定電流由繞組的功率損耗決定。下列方程式中，匝數(shù)與頻率平方根的倒數(shù)成正比，因此頻率升高2倍(電感降低一半)得到 0.707 匝數(shù)。

61、L = μ × A × N2/lm 這種情況會以兩種方式影響繞組電阻。匝數(shù)減少 30%，而每一匝的可用面積卻增加了41%。由于繞組電阻與匝數(shù)/匝面積相關(guān)，因此電阻隨頻率上升而線性下降，例如：在本例中電阻下降 2 倍。較高頻率時，磁芯損耗開始限制容許銅線損耗，直到達(dá)到它們相等的點為止。在這一點上，通過增加更多匝數(shù)以及升高繞組電阻，使電感上升來降低通量。這樣，電感額定電流減少。因此，從電感尺寸角度來說獲得了最佳頻率。

62、 </p><p>　　總之，增加開關(guān)頻率會縮小磁芯尺寸的看法是正確的，但僅限于磁芯損耗和交流 繞組損耗等于銅線損耗的點上。過了這個點，磁芯尺寸實際上會增加。另外，設(shè)計人員需要注意的是，在有許多高開關(guān)頻率產(chǎn)品可供選擇的今天，一些相應(yīng)的應(yīng)用手冊中并沒有清楚地注明過高磁芯損耗存在的一些潛在問題。</p><p><b>　　結(jié) 論</b><

63、;/p><p>　　以上內(nèi)容為畢業(yè)前幾個月所設(shè)計的開關(guān)電源設(shè)計，本論文的目的就是查閱相關(guān)資料，掌握開關(guān)電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)怎樣設(shè)計小功率開關(guān)電源的方法，開闊視野，從而提高自身的能力。本論文經(jīng)過了多次修改和整理，可以滿足設(shè)計的基本要求。采用LM2576、NE5534等元件組成完成電路，最終完成的電路經(jīng)過了變壓，整流，濾波，保護(hù)將從電源初始端輸入的電源變?yōu)榭衫玫碾娫?，再?jīng)過逆變DC/DC變換這個核心環(huán)節(jié)將電源輸出；開關(guān)

64、信號的放大部分，對來自信號源的開關(guān)信號進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開關(guān)管的要求；比較放大器對給定信號和輸出反饋信號進(jìn)行比較運算，控制開關(guān)信號的幅值、 頻率、 波形等，通過驅(qū)動器控制開關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時間，從而調(diào)整輸出電壓。輸出的電源再經(jīng)過反饋進(jìn)行調(diào)整即可得到能滿足條件的電源。</p><p>　　但

65、是由于我的能力有限，本電路設(shè)計肯定還有很多不足之處，希望以后能夠得到老師更多的指導(dǎo)完善電路。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　本次設(shè)計是在何老師的指導(dǎo)下完成的，從最初我對本次設(shè)計的不了解到能夠整體把握再到比較順利的完成本次設(shè)計，這一步一步的走來，其中都包含了何老師耐心的指引和教導(dǎo)。通過本次設(shè)計，我從了解了uc3842的功用，對于小功率電

66、源的設(shè)計有了初步的認(rèn)識。此外還要感謝我們宿舍的同學(xué)，在他們的幫助下我才慢慢地完成畢業(yè)設(shè)計，在設(shè)計的整個過程中，我們相互討論，也解決了一定的問題，從你們身上我看到了“認(rèn)真”二字，在無形中也促使我更加用心的完成本次設(shè)計。</p><p>　　在設(shè)計的過程中，也得到了許多其他同學(xué)寶貴的建議，在此一并致以誠摯的謝意。</p><p>　　最后，衷心的感謝母校的每位老師，謝謝你們在學(xué)習(xí)上、生活中給予

67、我的關(guān)心與支持。</p><p>　　衷心祝愿母校的明天更加美好！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 辛伊波，陳文清. 開關(guān)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.</p><p>　　[2] 王兆安，黃俊. 電力電子技術(shù)（第四版）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200

68、0.</p><p>　　[3] 楊素行. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）. 北京：高等教育出版社，2005.</p><p>　　[4] 張立. 現(xiàn)代電力電子技術(shù). 北京：科學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[5] 薛永義,王淑英,何希才. 新型電源電路應(yīng)用實例. 北京：電子工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[6] 劉勝利.

69、現(xiàn)代高頻電源實用技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[7] 文立. 增加電源密度的低成本電源模塊. 北京：中國電源學(xué)會通訊，2006.</p><p>　　[8] 景占榮. 通信基礎(chǔ)電源. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[9] 丁道宏，陳東偉. 電力電子技術(shù)應(yīng)用（第四版）. 北京：航空工業(yè)出版社，2004 .

70、</p><p>　　[10] 林中. 電力電子變換技術(shù). 重慶：重慶大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　[11] 楊新洲. 新穎開關(guān)變換技術(shù). 北京：國防科技大學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[12] 張占松,蔡薛三. 開關(guān)電源的原理與設(shè)計. 北京：電子工業(yè)出版社，2001.</p><p>　　[13] 周志敏. 開關(guān)電

71、源實用技術(shù). 北京：人民郵電出版社, 2005.</p><p>　　[14] 景占榮，通信基礎(chǔ)電源.西安.西安電子科技大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[15] 沙占友，新型特種集成電源及應(yīng)用.北京.人民郵電出版社，2003</p><p><b>　　附 錄1</b></p><p>　　圖一：LM2576管