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1、毕 业 设 计 题 目 多输出多用途的开关稳压电源的原理与设计 姓 名 刘波 学 号 20107077 系 部 理工系 专业年级 2010级电子信息工程 指导教师 贺泽凡 2014年 5 月 28 日 摘 要随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40%50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85%以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想
2、的稳压电源。正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。关键词: 开关电源； 稳压； 能源； 功耗 Title：Multiple output multipurpose principle and design of a switching power supplyAbstract:As the global attention to the energy problem, electronics energy problem will become more and more prominent, how to reduce the stand
3、by power consumption, improve the efficiency of power supply becomes a pressing problem. Although the traditional linear regulated power supply circuit has simple structure, reliable operation, but it exists low efficiency (only 40% - 50%), large volume, large consumption of iron, copper, high worki
4、ng temperature and adjusting range and small faults. In order to improve the efficiency, people developed a switch regulated power supply, its efficiency can reach more than 85%, wide voltage range, in addition, but also has high precision voltage regulator, do not use power supply transformer etc.,
5、 is a kind of ideal stabilized voltage supply. Because of this, switch regulated power supply has been widely used in various kinds of electronic equipment, this paper discussed the working principle of various types of switching power supplyKeyword: Switched-mode; power supply; Salvability; Energy;
6、 Power consumption目 录1 绪论11.1 概述11.2 开关稳压电源的发展趋势22 系统的原理与组成32.1线性稳压电源和开关稳压电源32.2 开关稳压电源的分类及原理53 设计的电源电路图83.1 开关电源的原理83.2滤波电路113.3桥式整流电路原理113.4光耦pc817应用电路123.5 多输出多用途开关稳压电源的设计与实现14结论18致谢19参考文献201 绪论 在国际上，自美国在20世纪50年代相继出现单端式和推挽式开关电源之后，在60 年代就提出了要逐步取消工频整流式电源的要求。70年代，SG公司首先制造出了单片集成脉宽调制（PWM）控制芯片，使开关电源更加小
7、型化，可靠性也得到了进一步的提高。 80年代初英国较早地研制了48V成套高频开关式通信电源系统，从那时到现在的十几年中，美国、德国、加拿大、澳大利亚、新西兰、瑞典、日本、法国、西班牙、挪威等国家，都先后研制出了高频开关式通信基础电源系统，并得到了推广应用。 尽管通信基础电源系统的容量比较大，但还是紧跟开关电源技术的发展而不断进步。各种开关电源的发展方向基本上都是采用更先进的新器件、新技术、新材料、新工艺逐步减少开关电源的体积和重量，改善电气性能指标，提高工作可靠性，降低对电网的污染，消除对其他设备的干扰，增强智能化程度等等。 1.1 概述 目前空间技术、计算机、通信、雷达及家电中的电源逐渐被开
8、关电源取代。现在一般应用的串联调整稳压电源，是连续控制的线性稳压电源。这种传统的串联稳压器，调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的，这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差、效率低，一般只有3560%。由于调整管上损耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器。而开关电源的调整管工作在开关状态，功率损耗小，效率可达7095%，稳压器体积小、重量轻，调整管功率损耗较小，散热器也随之减小。此外，开关频率工作在几十kHz，滤波电感、电容可用较小数值的元件，允许的环境温度可可以大大提高。 本毕业设计的宗旨就是如何将比较容易实现的开关式电源方案引用到交流电源稳定的场合 本毕业设计论文
9、阐述一种利用脉冲宽度调制（PWM）技术配合高速电子开关、高频电子变压器和LC滤波器实现交流开关式稳压电源的实现思路并组装出样机予以测试。与传统的可控硅调角式交流稳压电源相比，具有效率高、体积小、非线性失真度低、输出电压和电流稳定等特点。 本文先从交流开关稳压电源的实现机理逐步展开，涉及到可控正弦波产生器、三角波发生器、比较器、脉冲宽度调制（PWM）器、高速电子开关、高频电压变换器以及微处理器及其周边元部件等，都给与较为详尽的阐述。接着对组装、调试、检测等也有相应的介绍，最后给出了按设计要求所测试的结论。 1.2 开关稳压电源的发展趋势 非隔离DCDC技术迅速发展近年来， 非隔离DCDC技术发展
10、迅速。现在的非隔离的DC，DC基本上分成两大类。一是在内部含有功率开关元件，称DC，DC转换器；二是不含功率开关需要外接功率MOSFET，称DC，DC控制器 按照电路功能划分有降压的BUCK、升压的BOOST，还有升降压的BUCKBOOST等 以及正压转负压的INVERTOR等。其中品种最多芨展最快的是BUCK型。控制方式以PWM 为主。 （2）初级PWM控制IC不断优化有源筘位技术自从2002年VICOR公司此项专利技术到期解禁之后 新型有源箝位控制IC纷纷涌现。在大功率领域，全桥移相ZVS软开关技术在解决开关电源的效率上功不可没。INTERSIL公司推出的PWM 对称全桥的ZVS控制ICI
11、SL6752,既能控制初级侧的四个MOS开关为ZVS工作状态，又能准确地给出控制二次侧的同步整流为ZVS工作状态的驱动信号。采用这种IC制作的100W 的DC，DC再加上先进的功率MOSFET，转换效率可达到95 。小功率的开关电源仍用反激变换器的PWM 来控制IC。低压DC，DC领域Linear公司的LTC38o6不仅能控制好PWM，还给出准确的二次侧同步整流驱动信号，是比较好的低压小功率电源控制IC 。 2 系统的原理与组成2.1线性稳压电源和开关稳压电源（1） 线性稳压电源所谓线性稳压电源，是指在稳压电源电路中的调整功率管工作于线性放大区。其工作过程可简述为，将220V/50HZ的工频电
12、网电压经过线性变压器降压以后，再经过整流、滤波和线性稳压，最后输出一个纹波电压和稳定性能均符合要求的直流电压。线性稳压电源的缺点： 内部功耗大，转换效率低； 体积大，重量重，不便于微型化和小型化； 必须具有较大的输入和输出滤波电容； 输入电压动态范围小，线性调整率低； 输出电压不能高于输入电压。（2） 开关稳压电源开关稳压电源是指在稳压电源电路中的调整功率管工作于开关两种状态下。开关稳压电源的结构：它是由一次整流滤波、DC/DC变换电路、占控比控制电路、取样电路、保护电路等组成。 一次整流滤波电路：开关电源的工作方式与线性电源比较，它省去了降压工频变压器 ，而是直接将电网的交流电压（220V）
13、整流滤波，变为直流电压（300V），直接供给DC/DC变换器，消除了工频变压器带来的损耗。 DC/DC变换器：是由主功率变换器和二次整流滤波电路组成。主功率变换电路的主要任务是将输入的直流变换成高频交流矩形波（一般可将频率可变到几十千赫兹到几百千赫兹）。二次整流滤波的目的是为了得到平滑的直流输出电压。 控制电路：它是由比较电路、占空比控制电路和放大电路组成。开关电源的控制方式不是采用反馈信号直接去控制调整元件的导通程度，而是利用反馈信号去控制调整管的通断时间，也就是“时间控制法”。 取样电路：是将输出电压变化的情况通过采样取出，并通过反馈网络送回到控制电路。 保护电路：是使电源在异常情况下（如
14、电源输入电压太高，输出负载短路等）使电源处于安全工作状态。开关稳压电源的核心部分是直流变换器。直流变换器是把直流转变成交流，然后又把交流转换成具有不同输出的直流的装置。整流滤波电路PWM控制与驱动电路输出滤波取样反馈控制电路UiU0220V50HZR1R2RL图2-1开关稳压电源等效原理图 开关稳压电源的优点： (1)效率高。开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小，效率高，一般在80%90%，高的可达90%以上； (2)重量轻。由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的漆包线和硅钢片，从而使其重量只有同容量线性电源的1/5，体积也大大缩小了； ( 3)稳压范围宽。开关电源的交流输入电压在90270V内变化时，输出电压的变化在2%以下。合理设计开关电源电路，还可使稳压范围更宽并保证开关电源的高效率； （4）安全可靠。
