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1、电气自动化专业毕业论文-直流开关电源设计 摘 要本设计是开关电源设计首先将开关电源与线性电源进行对比总结了开关电源的优点并对其当前的发展以及在发展中存在的问题进行了描述然后在对开关电源的整体结构进行了介绍的基础上对开关电源的主回路和控制回路进行设计在主回路中整流电路采用单相桥式功率转换电路采用单端正激功率转换电路采用增加副边绕组的方法实现多路输出其中功率转换电路DCDC变换器是开关电源的核心部分对此部分进行了重点设计控制电路采用PWM控制控制器采用UC3824设计了过压保护电路电压检测电路和电流检测电路对各个部分的参数进行了计算并进行了元器件的选型关键词DCDC变换器PWM控制整流滤波Abst
2、ractIn this paperI designed a switch power supply system with three outputs Compare the switch power with linear power at first has summarized the advantage of the switch power have described its present development and there are natural questions in development On the basis of the thing that the wh
3、ole structure to the switch power has made an introduction to the main return circuit and controlling the return circuit to design of the switch power The rectification circuit adopts the single-phase bridge type in the main return circuit the power changes the circuit and adopts and defies the powe
4、r to change the circuit realize by increasing the winding of one pair of sides single and well that many ways are exported it is a key part of the switch power supply that the power changes circuit DCDC transformer have designed this part especially The control circuit adopts PWM to control the cont
5、roller adopts the switch power integrated controller UC3824 design the circuit to measure voltage and the circuit to el measure ectric current selecting type of calculating and carrying on the components and parts the parameter of each part Keyword DCDC transformer PWM control rectification strainin
6、g waves 目 录1 概述111开关电源的基本原理112开关电源与线性电源的比较213开关电源的发展与应用214 开关电源当前存在的问题32 整流电路的设计521整流电路的选择5com波整流电路6com式整流电路722 防止电流冲击的设计723 参数计算以及元器件的选型8com参数计算9com 变压器参数9com 电容参数计算103 DCDC变换器的设计1131控制方式的选择1132 功率转换电路的选择12com 推挽式功率转换电路12com 全桥式功率转换电路13com 半桥式功率转换电路13com 正向激励功率转换电路14com 反向激励功率转换电路1533单端正激变换器的设计15co
7、m理16com生线圈P2的工作原理17com 多路输出的设计17com 变压器设计17com参数计算19com 二极管和电容器的选择21com 开关管的选择214 控制电路的设计2341控制模式的选择23com式控制23com流模式控制24com 峰值电流模式控制25com流模式控制26com式控制2742 开关电源集成控制器27com UC3824的内部结构和特点28com UC3824的电路结构与工作原理5 结论及设想38致谢39参考文献40附录2元器件清单421 概述电子设备都离不开可靠的电源进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化率先完成计算机的电源换代进入90年代开关电源相继进入各
8、种电子电器设备领域程控交换机通讯电子检测设备电源控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源更促进了开关电源技术的迅速发展11开关电源的基本原理开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件通过周期性通断开关控制开关元件的占空比调整输出电压开关电源的基本构成如图1-1所示DC-DC变换器是进行功率变换的器件是开关电源的核心部件此外还有启动电路过流与过压保护电路噪声滤波器等组成部分反馈回路检测其输出电压并与基准电压比较其误差通过误差放大器进行放大控制脉宽调制电路再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间从而调整输出电压其结构图如图1-1所示V1 V0 图1-1 开关电源结构图12开关电源与线性电源的比较线性电
9、源的原理图如图1-2所示是先将交流电经过变压器变压再经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流电压要达到高精度的直流电压必须经过电压反馈调整输出电压它的缺点是需要庞大而笨重的变压器所需的滤波电容的体积和重量也相当大而且电压反馈电路是工作在线性状态调整管上有一定的电压降在输出较大工作电流时致使调整管的功耗太大转换效率低还要安装很大的散热片这种电源不适合计算机等设备的需要将逐步被开关电源所取代图1-2 线性电源的原理图开关电源的原理图如图1-3所示是将交流电先整流成直流电在将直流逆变成交流电在整流输出成所需要的直流电压图1-3 开关电源的原理图开关电源和线性电源相比具有以下优点体积小重量轻体积和重量只有
10、线性电源的30效率高一般为70而线性电源只有40自身抗干扰性强输出电压范围宽模块化等优点但也存在一些缺点由于逆变电路中会产生高频电压对周围设备有一定的干扰需要良好的屏蔽及接地13开关电源的发展与应用当前开关电源新技术产品正在向以下四化的方向发展应用技术的高频化硬件结构的模块化软件控制的数字化产品性能的绿色化由此新一代开关电源产品的技术含量大大提高使之更加可靠成熟经济实用开关电源高频化是其发展的方向高频化使开关电源小型化并使开关电源进入更广泛的应用领域特别是在高新技术领域的应用推动了高新技术产品的小型化轻便化近年有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去构成了智能化功率模块 IPM 这样
11、缩小了整机的体积方便了整机设计和制造为了提高系统的可靠性有些制造商开发了用户专用功率模块 ASPM 它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中使元器件间不再有传统的引线相连这样的模块经过严格合理的热电机械方面的设计达到优化完善的境地 开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳定电源它以小型轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备通信设备等几乎所有的电子设备是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式而当我们把开关电源的研究扩大到可调高电压大电流时以及将研究新技术应用于DCAC变换器即开拓了大功率应用领域又使开关电源的应用范围扩大到了从发电厂设备至家用电器的所
12、有应用电力电子技术的电气工程领域作为节能节材自动化智能化机电一体化的基础的开关电源它的产品展现了广阔的市场前景例如发电厂的贮能发电设备直流输电系统动态无功补偿机车牵引交直流电机传动不停电电源汽车电子化开关电源中高频感应加热设备以及电视通讯办公自动化设备等14 开关电源当前存在的问题当我们对该技术进行深入研究后却发现它仍然存在着一些问题需要解决而且有的问题还带有全局性采用定频调宽的控制方式来设计电源都以输出功率最大时所需的续流时间为依据来预留开关截止时间的则负载所需的功率小于电源的最大输出功率时就必然造成了工作电流的不连续反峰电压是开关导通期间存入高频变压器的励磁能量在开关关断时的一种表现而励磁
13、能量只能在也必须在开关关断后的截止期间处理掉既能高效处理励磁能量又能有效限制反峰电压的办法是存在的那就是要及时地为励磁能量提供一个低阻抗通道并且为励磁能量的通过提供一段时间但 单调控制方法不具备这一条件高频变压器的磁通复位问题这个问题向来是电源技术尤其是以小体积高功率密度见长的开关电源技术发展的瓶颈高频开关电源的并联同步输出问题问题也许还是一条艰难而漫长的路2 整流电路的设计整流是将交流电变成脉动直流电的过程电源变压器输出的交流电经整流电路得到一个大小变化但方向不变的脉动直流电整流电路是由具有单向导电性的元件例如二极管晶间管等整流元件组成的21整流电路的选择单相整流电路有两种电容输入型电路和扼
14、流圈输入型电路电容输入型的基本电路如图2-1a为半波整流电路b为中间抽头的全波整流电路c桥式整流电路d倍压整流电路图2-1 电容输入型的基本电路图2-2为扼流圈输入型基本电路用于负载电流I0较大的电路扼流圈L的作用是抑制尖峰电流两种基本电路的比较如下 1 开关电源多采用脉宽调制方式空载时开关晶体管的导通时间非常短其导通时间随开关电源的设计方法不同而异也有采用控制开关晶体管电路的延时进行的间歇开关工作这时若采用扼流圈输入型整流电路接近空载时扼流固变为临界值逆流电路由扼梳阂输入型变为业为电容输入型为此从满载到空载变动时整流输出电压变动较大空载时有可能进入间歇开关领域 2 开关电源的特点是效率高而体
15、积小若使用扼流圈时为提高负载调整率需要接入扼流圈以及阻尼电阻 3 扼流圈可能与次级侧滤波回路产生谐振因此开关电源的输入整流电路采用电容输入型图2-2 扼流圈输入型基本电路com波整流电路单相半波整流电路是最简单的整流电路如图2-3仅利用一个二极管来实现整流功能单相半波整流电路的输出电压平均值为为变压器副边输出电压的有效值图2-3 单相半波整流电路com式整流电路单相半波整流电路的缺点是只利用了电源的半个周期输出电流较小同时整流电压的脉动较大全波整流电路可以克服这些缺点其中最常用的是单相桥式整流电路它是由四个二极管接成电桥的形式构成的可以看到四个二极管分为两组正负半周轮流导通但负载上电流方向不变此即为全波整流图2-4 单相桥式整流电路单相桥式整流电压的平均值为为变压器副边输出电压的有效值比半波整流输出电压高因此整流电路选用单相桥式整流电路22 防止电流冲击的设计开关电源输入大多为电容输入型当电源刚接通时就会有非常大的对电容充电的冲击电流例如线路阻抗若为05输入交流100V电压若在其峰值时开关接通则冲击电流就达282A 如此大的冲击电流
