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1、 目录摘 要IIIAbstractIV第一章 绪论- 1 -1.1 开关电源概述- 1 -电力电子技术的发展- 1 -开关电源的发展- 1 -1.2 论文简介- 3 -开关电源结构- 3 -论文的主要工作- 4 -第2章 高频开关电源的工作原理- 6 -2.1 高频开关电源的基本原理- 6 -高频开关电源的基本组成- 6 -高频开关电源的基本原理- 6 -2.2 高频开关变换器- 7 -脉冲宽度调制(PWM)变换器- 7 -开关型稳压电源的分类- 8 -隔离式开关电源拓扑结构- 8 -2.3 基本型DC-DC变换器- 15 -第3章 可调开关电源主电路设计- 17 -3.1可调开关电源主电路组
2、成- 17 -3.2 PWM开关变换器设计- 17 -半桥式变换器的工作原理- 17 -开关电源器件选择- 18 -驱动电路- 19 -3.3高频变压器的设计- 20 -高频变压器的概念- 20 -高频变压器的作用- 20 -变压器的分布参数- 21 -高频变压器的磁芯材料- 23 -高频电源变压器的设计- 24 -3.3整流滤波电路- 26 -原理分析- 26 -电路设计- 28 -第4章 可调开关电源控制电路设计- 31 -4.1 PWM控制器- 31 -集成控制器的基本原理- 31 -脉宽调制器TL494- 32 -4.2反馈电路的设计- 34 -4.3 保护电路的设计- 34 -过流过
3、压保护电路设计- 34 -软启动电路设计- 35 -4.4 用分段变频的PWM控制方式- 36 -4.5驱动电路- 37 -4.6 辅助电源- 37 -第5章 系统仿真与调试- 39 -5.1仿真软件介绍- 39 -5.2 PSPICE 功能简介- 39 -5.3 模块仿真- 40 -主电路调试- 40 -控制电路调试- 41 -系统闭环调试- 42 -第六章 总结- 46 -参考文献- 47 -致谢- 48 -摘 要 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。高频开关电源具有体积小、重量轻、频率高、输出纹波小等特点，正逐步取代相控电源。针
4、对这种趋势，本文研制了电压0V60V连续可调，输出电流最大4A的开关电源。论文首先介绍了电力电子技术及器件的发展和应用，具体阐明了国内外开关电源的发展和现状，研究了开关电源的基本原理，拓扑结构以及开关电源在电力直流操作电源系统中的应用，介绍了连续可调开关电源的设计思路、硬件选型以及TL494在输出电压调节、过流保护等方面的工作原理和具体电路，设计出一种实用于电力系统的开关电源，以替代传统的相控电源。该系统以MOSFET作为功率开关器件，构成半桥式Buck开关变换器，采用脉宽调制(PWM)技术，PWM控制信号由集成控制TL494产生，从输出实时采样电压反馈信号，以控制输出电压的变化，控制电路和主
5、电路之间通过变压器进行隔离，并设计了软启动和过流保护电路。该电源在输出大电流条件下,能做到输出直流电压大范围连续可调,同时保持良好的PWM稳压调节运行。关键词：开关电源，半桥，PWM , 输出电压可调Abstract The switching power supply is one kind of power sourceof using the modern electric power electronic technology, controlling switch transistor clear and the shutdown time ratio to maintenance
6、stable output voltage. The high frequency switching power supply has characteristics of the small volume, the light weight, the high frequency , small output ripple, is gradually substituting the power controls source. In view of this tendency, this article has developed the switching power supplyof
7、 the e 0V60V voltag continuously adjustable, biggest 4A output current. The paper analyzes the present situation and development of switching power supply(SPS）domestically and overseas，studies and researches the basal principle of SPS and its application in electric power system，It presents a contin
8、uously adjustable voltage switching power supply. The circuit of TL494 for adjusting and protecting is also given. then design SPS applied in electric power system in order to replace the old supply controlled by phase angle. The Buck half_ bridge converter is made up of two MOSFET，and the theory of
9、 PWM is used. The signal of PWM is offered by controller TL494, The feedback voltage achieved from output is used to control the change of the output .The primary circuit and the control circuit are insulated by transformer . The Soft_Start and the Over Current Self_protection are also designed. It
10、has DC output voltage continuous regulation in large range and in large current. The power supply can be operated on PWM method with good results of stable voltage. Key Words: Switch Power Supply, half-bridge, PWM, Output voltage regula 第一章 绪论1.1 开关电源概述 电力电子技术的发展 电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（
11、如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。 现代电力电子技术是一门横跨电力电子材料和控制的边缘交叉学科，与传统的电力电子学相比，现代电力电子技术最大的不同就是以高频技术处理逐步取代传统的低频处理。采用晶闸管为主要器件，并且以相控整流技术为变流电路的处理方法，逐渐退出了历史舞台，取而代之的是全控器件。诸如可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、场效应晶体管(功率MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、静电感应晶闸管(SIT
12、)、静电感应晶体管(SITH)以及MOS控制晶闸管(MCT)的大量应用，在控制方法与变流技术方面也发生许多革命性的变化，如电压模式、电流模式的脉宽调制电路(PWM)。零电压(ZVS)零电流(ZCS)谐振开关电路以及各种由高速数据处理机(如DSP)控制的高频斩波器，逐步广泛的应用于通讯、交通、航天、军事等各个行业。现代电力电子技术己经成为与国民经济密切相关的极为活跃且具有很好发展前景的学科。 电力电子技术的发展，不仅要求提高电力电子器件的控制功率容量和工作频率，而且要求降低器件的功率损耗，缩小器件及其控制电路的体积。半导体技术的新成就，为此提供了必要的物质基础。80年代，普通晶闸管已能开关数千安
13、的电流和承受数千伏的正、反向工作电压。在此基础上又开发了双向晶闸管、光控晶闸管、门极可关断晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件。与此同时还开拓了单极型MOS功率场效应晶体管，双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等崭新的电力电子器件。开关电源的发展 随着电力电子技术和开关行业的飞速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而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
14、术的迅速发展。 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。 近几年随着新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件不断地出现，并应用到开关电源上，国内外开关电源技术已经有了长足的进展。开
15、关电源的技术追求和技术发展可以概括为以下四个方面:(1)高频化:开关电源的体积重量主要是由储能元件(磁性元件和电容)决定的，因此开关电源的小型化，实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高不仅能有效地减小电容电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰改善系统的动态性能，因此高频化是开关电源的主要发展方向。(2)软开关技术:软开关技术的产生是为提高变换器的变换效率。具有代表性的是无源开关技术和有源开关技术，主要包括ZVS/ZCS(零电压开关/零电流开关)谐振准谐振、ZVS/ZCS-PWM零电压/零电流脉冲脉宽调制技术)以及无源无损软开关技术、有源软开关技术等。采用软开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力，有助于变换器变换效率的提高，而效率的提高，降低了整机的温升，增加了开关电源的可靠性。(3)功率因数校正技术(PFC):目前PFC技术主要分为有源PFC技术和无源PFC技术两大类。采用PFC技术可以提高AC-DC变换的输入功率因数，减少开关电源对电网的谐波污染。(4)计算机辅助设计(CAD)和智能化:
