開關電源論文資料,開關電源,論文,資料
目錄
1 前言 1
2．總體方案設計 2
2.1 方案一 2
2.2 方案二 3
2.3方案選擇 4
3．單元模塊設計 5
3.1單元模塊功能介紹 5
3.1.1輔助電源部分設計 5
3.1.2主要電源部分設計 6
3.1.3保護電路部分設計 7
3.1.4繼電器驅(qū)動部分設計 7
3.1.5輸出電壓比較部分設計 8
3.1.6編碼譯碼部分設計 9
3.2電路設計及參數(shù)計算 10
3.3特殊器件介紹： 11
3.4各單元模塊連接 16
4．系統(tǒng)調(diào)試及結果分析 17
5．設計總結 17
【參考文獻】 18
6 系統(tǒng)原理圖 19
1 前言
可以說，有電器的地方就有電源。所有的電子設備都離不開可靠的電源為其供電。現(xiàn)代電子設備中的電路使用了大量的半導體器件，這些半導體需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。這些直流電源有的屬于化學電源，如采用干電池和蓄電池，但這些不能持久性的供電。大多數(shù)電子設備的直流供電方法都是將交流電源經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變換為所需的直流 電壓。完成這種變換任務的電源成為直流穩(wěn)壓電源。
現(xiàn)代電子設備中使用的直流穩(wěn)壓電源有兩大類：線性穩(wěn)壓電源和開關性穩(wěn)壓電源。所謂線性穩(wěn)壓電源就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，這種穩(wěn)壓電源的最主要的缺點是變換效率低，一般只有35%~60%左右。開關穩(wěn)壓電源的開關管工作在開關狀態(tài)，其主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可高達70%~95%。目前，計算機、通信設備、雷達、電視及家用電器等現(xiàn)代電子設備中的穩(wěn)壓電源已基本采用了開關穩(wěn)壓電源，因此，下面將介紹開關穩(wěn)壓電源的設計。
2．總體方案設計
2.1 方案一
該方案是通過變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路、濾波電路進而將交流電變?yōu)橹绷麟?，在通過穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓得到較穩(wěn)定的電壓，由于穩(wěn)壓器當輸入電壓固定時只能在它的電壓差范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓，、所以要在調(diào)出電壓差的范圍時自動調(diào)檔，這是通過兩個比較器將輸出電壓和基準電壓進行比較，再通過計數(shù)器的計數(shù)功能控制繼電器控制器的輸入情況來判斷輸出電壓的大小在哪個范圍，然后進行自動調(diào)檔。最后將穩(wěn)壓器的輸出電壓流經(jīng)保護電路，最后輸出。如圖2.1。
變壓器
整流
濾波
穩(wěn)壓
保護電路
兩個比較器
交流電
220V/50HZ
計數(shù)器
繼電器控制器
圖2.1
2.2 方案二
該方案也是通過變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路、濾波電路進而將交流電變?yōu)橹绷麟?，在通過穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓得到較穩(wěn)定的電壓，主要是自動換檔這一單元有所改變，該方案的這一單元的原理是：將穩(wěn)壓器輸出的電壓通過六個比較器和基準電壓進行比較，將得出的結果通過編碼器、譯碼器得出有效的二進制碼，接著通過繼電器控制器控制繼電器自動調(diào)節(jié)檔位。最后將穩(wěn)壓器的輸出電壓流經(jīng)保護電路輸出，如圖2.2。
交流電
220V/50HZ
變壓器
整流
濾波
繼電器控制器
穩(wěn)壓
保護電路
六個比較器
編碼器
譯碼器
圖2.2
2.3方案選擇
方案一的優(yōu)點在于所用的器件較少,但由于用計數(shù)器給繼電器控制器有一個缺點:當電源一開始就往下調(diào),要是不置數(shù)的話,往下就不能計數(shù),但如果置數(shù)的話,在方案上有點困難;方案二雖然元器件多點但它能完整的完成自動調(diào)檔功能,并且思路簡單明了,容易讓人理解并不會出什么錯誤,元器件又好解決.所以我選用第二中方案。
3．單元模塊設計
3.1單元模塊功能介紹
3.1.1輔助電源部分設計
該部分的功能是提供主要電源部分所使用的芯片的驅(qū)動電壓和用來作為基準電壓。
圖3.1.1 輔助電源+5V
該電源提供穩(wěn)定的直流電源+5V，它的主要功能是提供給比較器、譯碼器和編碼器的驅(qū)動電壓+5V。如圖3.1.1。
圖3.1.2 輔助電源+12V
該電源提供穩(wěn)定的直流電源+12V，它的主要功能是提供給2803驅(qū)動電壓+12V和提供比較器的基準電壓。如圖3.1.2。
該電源主要通過整流、濾波和穩(wěn)壓三部分構成，起部分功能如下：
橋式整流電路：
在U2的正半周，a點的電位高于b點的電位，D1、D3導通，D2、D4截止，電流自a端經(jīng)D1，RL和D3回到電源的b端；在U2的負半周，b點的電位高于a點的電位，D2、D3導通，D1、D3截止，電流自b端經(jīng)D2、RL和D4回到電源的a端。與半波整流電路相比，在U2、RL相同條件下，輸出的只電流、電壓都提高一倍；電流脈動程度減?。蛔儔浩髟谡?、負半周都有對稱的電流流過，既得到充分利用，又不存在單磁化的問題，但需要4個整流二極管，線路稍復雜。與全波整流相比，雖然多用了2個整流二極管，但反向耐壓低了一倍，變壓器次級少了一圈，綜合成本低于全波整流電路。
電容濾波電路
電容濾波電路的特點：
（1）電流的有效值和平均值的關系與波形有關，在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值越大。在純電阻負載時，變壓器副邊的有效值I2=1.11IL，而有電容濾波時I2=（1.5～2）IL。
（2）負載平均電壓VL升高，紋波（交流成分）減小，且RLC越大，電容放電速率越慢，則負載電壓中的紋波成分越小，負載平均電壓越高。為了得到平滑的負載電壓，一般取RL*C≥（3-5）T/2（式中T為電源交流電壓的周期）。
（3）負載直流電壓隨負載電流增加而減小。VL隨IL的變化關系稱為輸出特性或外特性，如圖所示。
電容濾波電路簡單，負載直流電壓VL較高，紋波也較小，它的缺點是輸出特性較差，適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合。
3.1.2主要電源部分設計
圖3.1.3可調(diào)電源部分
該部分通過三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器實行對電壓的調(diào)節(jié)，當調(diào)節(jié)電位器R2時，電壓就會隨著電阻的阻值變化而變化。
3.1.3保護電路部分設計
圖3.1.4 保護電路
如圖3.1.3，該保護電路采用場效應管的功能，其工作原理如下：當電源輸出短路時，場效應管VT2的柵源極變成等電位而導通，其漏源極就會分去調(diào)整管VT1的基極電流達到減小調(diào)整管導通過電流的作用，R2為場效應管柵極的保護電阻。選用場效應管時應使其導通電壓降（漏源極間的電壓）小于調(diào)整管發(fā)射結導通電壓降。
3.1.4繼電器驅(qū)動部分設計
圖3.1.4繼電器驅(qū)動
該部分的設計主要利用繼電器的特殊功能：當繼電器兩端有電壓時，繼電器則導通，反之繼電器就斷開。繼電器用2803芯片驅(qū)動，如圖3.1.4所示，可知A，B兩端接到整流部分，2803輸入端接譯碼部分。當譯碼信號傳給2803時，它即將判斷那端輸出高電平，接到這端的繼電器導通，即與變壓器的一檔位接通，起到換擋作用。
3.1.5 輸出電壓比較部分設計
圖3.1.6 電壓比較
該部分的原理主要是利用對輸出電壓與基準電壓進行比較從而判斷輸出電壓在哪個范圍，由此得出比較信號，將它傳給編碼器編碼。如圖3.1.5可知，六個比較器的輸出端接編碼器，輸入端接的基準電壓。此基準電壓是通過+12V的輔助電源供給的。比較器的原理是：當輸入電壓比基準電壓高時輸出高電平，而當輸入電壓比基準電壓低時則輸出低電平。
3.1.6 編碼譯碼部分設計
圖3.1.7 編碼譯碼
如圖3.1.6所示，編碼器的輸入端接比較器的輸出端，在此編碼器通過對輸入信號的編碼并傳給譯碼器，通過譯嗎器的譯碼將輸出信號傳給2803控制繼電器。
3.2電路參數(shù)計算
3.2.1輔助電源參數(shù)計算
1.因為Vi-Vo=2.5V，所以+5V穩(wěn)壓電源Vi應大于2.5V+5V=7.5V，+12穩(wěn)壓電源Vi應大于2.5V+12V=14.5V。
2.因為Vi=(1.1~1.2)Vj,所以Vj=Vi/(1.1~1.2).那么+5V穩(wěn)壓電源Vj≥6.25V, +12穩(wěn)壓電源Vj≥12.08V。
3.考慮到電解電容并不是非常大，穩(wěn)壓輸出的穩(wěn)定，+5V穩(wěn)壓電源交流電壓應大于6.6V，+12穩(wěn)壓電源交流電壓應大于12.6V。
4.因為二極管有正向壓降，+5V穩(wěn)壓電源交流電壓應大于6.6+0.7×2=8V，+12穩(wěn)壓電源交流電壓應大于12.6+0.7×2=14V。
5.考慮到交流電源電壓的波動，在市網(wǎng)電壓為200V時也能正常工作，則有200/220+Vj，所以+5V穩(wěn)壓電源交流電壓應大于8.8V，+12穩(wěn)壓電源交流電壓應大于14.8V。
6.交流變壓器副邊應選取的電壓為：+5V穩(wěn)壓電源交流電壓為9V，+12V穩(wěn)壓電源交流電壓為15V。
3.2.2主要電源參數(shù)計算
1.Vi-Vo≥2.5~3V且Vi-Vo≤40V。
2.Vo=Vre(1+R2/R1)+Iadj×R2,其中Vre=1.25,Iadi=100uA非常小可以忽略，所以Vo=1.25(1+R2/R1)。
3.R2的取植范圍為120~240歐姆之間。
4.1.25V≤Vo≤37V,電流小于1.5A，保護電流為2.2A，最大耗散功率為20W。
3.2.3元器件的選擇
1.假設負載電流為500mA，電源電壓的頻率為50HZ，則T=0.02S，電容C≥【（3~5）T/2】/RL,耐壓植應大于1.42×Vj,即1.42×Vj×250/220。（250/220為市網(wǎng)電源電壓過高時的情況）
當輸出電壓為5V時C≥3000~5000uF，耐壓植應大于14.5V。
當輸出電壓為12V時C≥1250~2083uF,耐壓植應大于24.1V。
2.二極管應承受的最大反向電壓均為V2的最大植，即Vrm=1.414V
當輸出電壓為5V時，二極管承受的電壓為1.414×9=12.726V
當輸出電壓為12V時，二極管承受的電壓為1.414×15=21.21V。
3.3特殊器件介紹：
LM317器件介紹
它的內(nèi)部電路有比較器、偏置電路（圖中未畫出）、恒流源和帶隙基準電壓Vref等，它的公共端改接到輸出端，器件本身無接地端。所以消耗的電流都從輸出端流出，內(nèi)部的基準電壓（約1.2V）接至比較放大器的同向端和調(diào)整端之間。若接上外部的調(diào)整電阻R1、R2后，輸出電壓為
V0=Vref+(Vref/R1+Iadj)R2
=Vref(1+R2/R1)+IadjR2
LM317的Vref=1.2V,Iadj=50uA,由于調(diào)整端電流Iadj<
收藏