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开关式直流稳压电源的设计

开关式直流稳压电源的设计
开关式直流稳压电源的设计

开关式直流稳压电源的设计

摘要:本文是以开关直流稳压电源输入220V/50Hz的市电来进行设计,来实现输出24V/1A 的直流电压,以此为目标来进行对开关稳压电路各个元器件的选择。

关键词:DC/DC变换器、PWM控制、整流、滤波。

1.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。

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。

2.开关式直流稳压电源的总的原理图

3.必要的电路元件的选择

3.1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流圈输入型电路

电容输入型的基本电路如图2-1:(a)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。

3.1.1单相半波整流电路

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。

图2-3 单相半波整流电路

单相半波整流电路的输出电压平均值为:(2U 为变压器副边输出电压的有效值)

20045.02)(sin 221

U U t t U U ===?πωωππ

3.1.2单相桥式整流电路

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。

单相桥式整流电压的平均值为:209.0U U ≈(2U 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。

3.2 参数计算以及元器件的选型

由于开关电源系统三路输出分别为:15V ,4A ;12V ,3A ;5V ,2A ,则输出功率

W P 106253124150=?+?+?=

如果考虑变压器的效率80%,则整流电路的输出功率应为:

W P P 5.132%80/'

0==

则可以设定整流电路输入电压V U 2201=,输出电压24V 、电流1A 。 3.3.1整流管参数计算

整流输出电压为V s =24V ,则变压器次级电压:

67.269

.0249.02===s V U V 考虑到变压器二次侧及管子的压降,变压器二次侧电压大约需要提高10%,则:V U 337.291.167.262=?=

二极管的最大反向电压:

V V U RM 8.1722.1222=?=

二极管平均电流:

mA I I D 7502

10== 可选用1N4003/A 整流二极管,最高反向工作电压为200V ,额定工作电流为1A 。

3.3.2 变压器参数

则变压器变比为:

5:92

.122220==N 变压器二次侧电流有效值:

A I I 67.19

.05.19.002=== 变压器的容量为:

VA A V I U 67.20367.12.12222=?=

如果考虑变压器的效率η=80%则

VA VA I U 6.2548.0/67.20311==

3.3.3 电容参数计算

整流电路负载RL=U 0/I 0=100V/1.5A=66.7Ω

在工程中,一般取

S T C R L 05.02

501

525=?=?==τ 由于Ω=7.66L R

则F C μ63107501075.07.66/05.0-?=?==

选用F C μ1000=、耐压为150V 的极性电解电容。

3.3.4 变压器设计

设计方法有多种,可根据情况选择。一般从计算原边圈数开始,按最大占空比和正常的直流电压V S 来计算原边线圈。

按上述方法设计的理由是,副边绕组都有一个电感器,当有突变负载时,输出电流的变化率受到限制。为了补偿这个缺陷,控制线路应能把占空比调到最大。在这种瞬变条件下,高的原边电压和最大导通脉宽同时加上,尽管时间很短,如果变压器设计没有考虑这种情况,也会引起磁饱和。

控制电路设计为:在最大输入电压时,限制控制电路的脉宽和变化的速率,这样可防止两个参数同时在最大值。

能量再生绕组的必要性,说明正激变换器的铁芯有残存能量是不好的。为了确保磁通在反激期间恢复到低的剩磁水平,并考虑偶而出现的较大磁密不致出现磁芯饱和,加一很小气隙是很有必要的。

(1)根据输出功率选择铁心:

三路输出分别为:15V ,4A ;12V ,3A ;5V ,2A 。

输出功率为:

W P 106253124150=?+?+?=

若考虑6%的余量则:

W P 36.11206.11060=?=

选择一个传递功率为115W 的铁心,SB —9C 的EER —40,其有效横截面积为1.58cm 2,磁感应强度B=220mT

(2)计算原边的绕组

周期:

S f T S μ3.3310

30113=?== 最大导通占空比D=0.5时:

S T t S ON μ7.162

== 则最小原边匝数为:

匝7.92158

114.07.16100(min)=??=??=

C ON S P A B t V N 取93匝。 (3)计算副边的绕组匝数

若考虑市电220V 以下波动的情况,设向下波动-20%则:

V V V S S 80%80100%)201(min =?=-?=

15V 的副边匝数为:

匝8.347

.16803.339315min 15)15(=???=???=

ON S P O s t V T n V n 取35匝。

12V 的副边匝数为:

匝8.277

.16803.339312min 12)12(=???=???=

ON S P O s t V T n V n 取28匝。 3.3.5电感的参数计算

L 的最小值一般由所需维持最小负载电流的要求来决定。电感L 中的电流分连续和不连续两种丁作情况。不论何种情况.只要输入、输出电压保持不变,电流波形的斜率不会因负载电流的减小而改变。如果负载电流ID 逐步降低,在L 中的波动电流最小值刚好为0时,临界负载电流Ioc 等于平均波动电流,或电流峰一峰值的一半,即:

2)

(P P L O C I I -= (3-5)

即定义为临界情况。这当Io

L 值的另一限制因素将出现在应用于多输出电压的情况。因为控制环只与一个相关的输出端闭环,当此输出端电流低于临界值时,占空比将减少以保持此输出端输出电压不变。对于其它辅助输出端,假定其所带的是恒定负载,在上述占空比下降的情况下,其电压也下降。很明显,这不是我们所希望的。因此,在多输出电压时,为了保持辅助输出电压不变,L 值应大于所需最小值。也就是,如果辅助电压要保持在一定的波动范围内,则主输出的电感必须一直超 过临界值,即一直在连续状态。

电感的最大值通常受效率、体积、造价的限制。带直流电流运行的大电感造价是昂贵的从性能角度看,L 过大则限制了负载出现较大瞬时变化时输出电流的最大变化率。

对于一般的要求,可以根据流经电感的纹波电流峰—峰值为输出电流的30%计算。

(1) 15V 的输出端

流经电感的电流:

A A i L 2.1%304=?=

电感两端的电压:

V V V V N N e IN P S L 3.221510093

350=-?=-?=

电感量为: H t i e L ON L L μ3107.162

.13.22)15(=?=?=

(2) 12V 的输出端

流经电感的电流: A A i L 9.0%303=?=

电感两端的电压:

V V V V N N e IN P S L 1.181510093

280=-?=-?=

电感量为: H t i e L ON L L μ3357.169

.01.18)15(=?=?=

(3) 5V 的输出端

流经电感的电流: A A i L 6.0%302=?=

电感两端的电压:

V V V V N N e IN P S L 9.71510093

120=-?=-?=

电感量为:

H t i e L ON L L μ9.2197.166

.09.7)15(=?=?= 3.3.6 二极管和电容器的选择

由于输出电压不高,使得次级二极管不会有很高的反电压,可选用耐压40V 的肖特基二极管。

为了抑制纹波电压使其较小,要选用内阻抗低高频用电容器。

3.3.7 开关管的选择

开关电源的开关管有功率晶体管(GTR )、功率场效应晶体管(MOS FET )和绝缘栅双极晶体管(IGBT )等。

绝缘栅双极晶体管(IGBT )集功率晶体管(GTR )和功率场效应晶体管(MOS FET )的优点于一身,既有功率晶体管(GTR )的输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单等优点,又具有功率场效应晶体管(MOS FET )的通态电压低、耐压高和承受电流大等优点。因此,选用绝缘栅双极晶体管(IGBT )作为开关元件。

参考文献

[1] 李国锋,王宁会.电源技术. 大连理工大学出版社,2010:5-3.

[2] 华成英 童诗白 ,模拟电子技术基础, 北京 ,高等教育出版社,2006

[3] 陈本竹.三端可调直流稳压器的扩流及估算.成都:电子文摘社.2008

开关稳压电源设计说明书

开关稳压电源设计说明书 学生姓名: 学号: 专业班级:物电学院电子2班报告提交日期: 2014年5月20日 湖南理工学院物电学院

目录 一、设计任务及要求 (2) 1、设计任务 (2) 2、设计要求 (2) 二、基本原理与分析 (2) 三、方案设计 (5) 1、开关器件的选择 (5) 2、参数的设定 (5) 四、电路设计 (5) 1、电路整体设计 (5) 2、电路工作原理 (5) 五、总结 (7) 六、参考文献 (7)

一、设计任务及要求 1、设计任务 设计一手机开关型电池充电器,满足: (1)开关电源型充电; (2)输入电压220V,输出直流电压自定; (3)恒流恒压; (4)最大输出电流为:I max=1.0 A; 2、设计要求 (1)合理选择开关器件; (2)完成全电路理论设计、绘制电路图; (3)撰写设计报告。 二、基本原理与分析 随着电子技术和集成电路的飞速发展,开关稳压电源的类型越来越多,分类方法也各不相同,如果按照开关管与负载的连接方式分类,开关电源可以分为串联型、并联型和变压器耦合(并联)型3种类型。下面分别对这三种类型的开关电源做一些简单的介绍。 (1)串联型。 图1所示的开关电源是串联型开关电源,其特点是开关调整管VT与负载R L串联。因此,开关管和续流二极管的耐压要求较低。且滤波电容在开关管导通和截止时均有电流,故滤波性能好,输出电压U0的纹波系数小,要求储能电感铁心截面积也较小。其缺点是:输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器,即所谓“热地盘”,不够安全;若开关管部短路,则全部输入直流电压直接加到负载上,会引起负载过压或过流,损坏元件。因此,输出端一般需加稳压管加以保护。 根据稳压条件可得:(U i-U0)T1/L=U0T2/L 即 U0=U1T1/(T1+T2)=(T1/T)U i,σ=T1/T 由上式可见,可以通过控制开关管激励脉冲的占空比σ来调整开关电源的输出电压U0。

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单端反激开关电源原理与设计 林晓伟 (国电南瑞科技股份有限公司,江苏省南京市210061) 0 引言 近年来随着电源技术的飞速发展,开关稳压电源正朝着小型化、高频化、继承化的方向发展,高效率的开关电源已经得到越来越广泛的应用。单端反激式变换器以其电路简单、可以高效提供直流输出等许多优点,特别适合设计小功率的开关电源。 本文简要介绍了Unitorde公司生产的电流型脉宽调制器UC3842,介绍了该芯片在单端反激式开关电源中的应用,对电源电路进行了具体分析。利用本文所述的方法设计的小功率开关电源已经应用在国电南瑞科技股份有限公司工业控制分公司自主研发的分散控制系统GKS-9000

中,运行状况良好,各项指标均符合实际工程的要求。 1 反激式开关电源基本原理 单端反激开关电源采用了稳定性很好的双环路反馈(输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路)控制系统,就可以通过开关电源的PWM(脉冲宽度调制器)迅速调整脉冲占空比,从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节,达到稳定输出电压的目的。这种反馈控制电路的最大特点是:在输入电压和负载电流变化较大时,具有更快的动态响应速度,自动限制负载电流,补偿电路简单。反激电路适应于小功率开关电源,其原理图如图1所示。

下面分析在理想空载的情况下电流型PWM的工作情况。与电压型的PWM比较,电流型PWM 又增加了一个电感电流反馈环节。 图中:A1为误差放大器;A2为电流检测比较器;U2为RS触发器;Uf为输出电压Uo的反馈取样,该反馈取样与基准电压Uref通过误差放大器A1产生误差信号Ue(该信号也是A2的比较箝位电压)。 设场效应管Q1导通,则电感电流iL以斜率Ui /L线性增长,L为T1的原边电感,电感电流在无感电阻R1上采样u1=R1iL,该采样电压被送入电流检测比较器A2与来自误差放大器的Ue进行比较,当u1>Ue时,A2输出高电平,送到RS触发器U2的复位端,则两输入或非门U1输出低电平并关断Q1;当时钟输出高电平时,或非门U1始终输出低电平,封锁PWM,在振荡器输出时钟下降的同时,或非门U1的两输入均为低电平,则Q1被打开。

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移相全桥大功率软开关电源的设计 移相全桥大功率软开关电源的设计 1引言 在电镀行业里,一般要求工作电源的输出电压较低,而电流很大。电源的功率要求也比较高,一般都是几千瓦到几十千瓦。目前,如此大功率的电镀电源一般都采用晶闸管相控整流方式。其缺点是体积大、效率低、噪音高、功率因数低、输出纹波大、动态响应慢、稳定性差等。 本文介绍的电镀用开关电源,输出电压从0~12V、电流从0~5000A连续可调,满载输出功率为60kW.由于采用了ZVT软开关等技术,同时采用了较好 的散热结构,该电源的各项指标都满足了用户的要求,现已小批量投入生产。 2主电路的拓扑结构 鉴于如此大功率的输出,高频逆变部分采用以IGBT为功率开关器件的全桥拓扑结构,整个主电路,包括:工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC滤波器等。 隔直电容Cb是用来平衡变压器伏秒值,防止偏磁的。考虑到效率的问题,谐振电感LS只利用了变压器本身的漏感。因为如果该电感太大,将会导致过高 的关断电压尖峰,这对开关管极为不利,同时也会增大关断损耗。另一方面,还会造成严重的占空比丢失,引起开关器件的电流峰值增高,使得系统的性能降低。 图1主电路原理图 3零电压软开关 高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式,控制芯片采用Unitrode公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关,滞后桥臂在75%以上负载范围内实现了零电压软开关。图2为滞后桥臂IGBT的驱动电压和集射极电压波形,可以看出实现了零电压开通。

开关频率选择20kHz,这样设计一方面可以减小IGBT的关断损耗,另一方面又可以兼顾高频化,使功率变压器及输出滤波环节的体积减小。 图2IGBT驱动电压和集射极电压波形图 4容性功率母排 在最初的实验样机中,滤波电容C5与IGBT模块之间的连接母排为普通的功率母排。在实验中发现IGBT上的电压及流过IGBT的电流均发生了高频震荡,图3为满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。原因是并联在IGBT模块上的突波吸收电容与功率母排的寄生电感发生了高频谐振。满载运行一小时后,功率母排的温升为38℃,电容C5的温升为24℃。 图3使用普通功率母排时变压器初级电压、电流波形 为了消除谐振及减小功率母排、滤波电容的温升,我们最终采用了容性功率母排,图4为采用容性功率母排后满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。从图中可以看出,谐振基本消除,满载运行一小时后,无感功率母排的温升为11℃,电容C5的温升为10℃。 图4使用容性功率母排后变压器初级电压和电流波形 5采用多个变压器串并联结构,使并联的输出整流二极管之间实现自动均流为了进一步减小损耗,输出整流二极管采用多只大电流(400A)、耐高电压(80V)的肖特基二极管并联使用。而且,每个变压器的次级输出采用了全波整流方式。这样,每一次导通期间只有一组二极管流过电流。同时,次级整流二极管配上了RC吸收网络,以抑止由变压器漏感和肖特基二极管本体电容引起 的寄生震荡。这些措施都最大限度地减小了电源的输出损耗,有利于效率的提高。 对于大电流输出来说,一般要把输出整流二极管并联使用。但由于肖特基二极管是负温度系数的器件,并联时一般要考虑它们之间的均流。二极管的并联方

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配图2:线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电,比如说无绳电话、PlayStation/W ii/Xbox等游戏主机等等,但是对于高功耗设备而言,线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言,其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比:也即说如果输入市电的频率越低时,线性电源就需要越大的电容和变压器,反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz(有些国家是50Hz)频率的AC市电,这是一个相对较低的频率,所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外,AC市电的浪涌越大,线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见,对于个人PC领域而言,制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动,因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言,AC输入电压可以在进入变压器之前升压(升压前一般是50-60KHz)。随着输入电压的升高,变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是,我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式,和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。 事实上,终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案:闭回路系统(closed loop system)——负责控制开关管的电路,从电源的输出获得反馈信号,然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器(这个方法称作PW M,Pulse W idth Modulation,脉冲宽度调制)。所以说,开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整,从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量,而且降低发热量。 反观线性电源,它的设计理念就是功率至上,即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下,结果产生高很多的热量。 第2页:看图说话:图解开关电源 下图3和4描述的是开关电源的PW M反馈机制。图3描述的是没有PFC(P ow er Factor Correction,功率因素校正)电路的廉价电源,图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端电源。 图3:没有PFC电路的电源 图4:有PFC电路的电源 通过图3和图4的对比我们可以看出两者的不同之处:一个具备主动式PFC电路而另一个不具备,前者没有110/220V转换器,而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。

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直流稳压电源设计毕业论文 目录 摘要....................................................II Abstract................................................ I II 前言....................................................IV 第1章绪论. (1) 1.1电源技术的发展趋势 (1) 1.2电源技术存在的问题 (1) 第2章稳压电源的组成 (2) 2.1电子设备对电源的要求 (2) 2.2直流稳压电源的组成 (3) 第3章稳压电源整体设计 (4) 3.1整流电路 (4) 3.2滤波电路 (6) 3.3稳压电路 (9) 第4章硬件部分外围电路设计 (16) 4.1程控部分 (16) 4.2数码管显示电路 (19) 4.3按键电路 (19) 4.4保护电路 (20) 第5章系统软件设计 (22) 5.1系统核心指令系统 (22)

5.2软件系统流程 (22) 第6章实验设计中的不足 (26) 结论 (27) 参考文献 (28) 附录1 (29) 附录2 (30) 致谢 (31)

第1章绪论 1.1电源技术的发展趋势 新型半导体器件的发展使开关电源技术进步的龙头。目前正在研究高性能的碳化硅半导体器件,一旦开发成功,对电源技术的影响将是革命性的。此外,平面变压器,压电变压器及新型电容器等元件的发展,也将对电源技术的发展起到重要作用。集成化是电源技术的一个重要的发展方向。通过控制电路的集成,驱动电路的集成以及保护电路的集成,最后达到整机的集成化生产。集成化和模块化减少了外部连线和焊接,提高了设备的可靠性,缩小了电源的体积,减轻了重量。 高频开关电源的发展趋势更是向着高频化、模块化、数字化、绿色化的方向发展。 开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国有20多亿人民币的市场需求,吸引了国外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发[5] 1.2 电源技术存在的问题 随着半导体技术和微电子技术的高速发展,集成度高、功能强大的大规模集成电路的不断出现,使得电子设备的体积在不断地缩小,重量在不断地减轻,所以从事这方面研究和生产的人们对开关稳压电源中的开关变压器还感到不是十分理想,他们正致力于研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者通过别的途经取代开关变压器,使之能够满足电子仪器和设备微小型化的需要,这是从事开关稳压电源研制的科技人员目前正在克服的一个困难。 开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的,并且开关稳压电源中由于采用了开关变压器以后,才能使之由一组输入得到极性、大小

开关可调稳压电源的设计与制作

开关可调稳压电源的设计与制作 设计思想: 交直流转换,稳压:变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)变压器由铁芯(或磁芯)和线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。变压器利用电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器输送的电能的多少由用电器的功率决定. 将 220V 交流电压首先通过隔离变压器降压为 18V 的交流电压,隔离变压器的主要作用是:使一次侧与二次侧的电气完全绝缘,也使该回路隔离。另外,利用其铁芯的高频损耗大的特点,从而抑制高频杂波传入控制回路。用隔离变压器使二次对地悬浮,只能用在供电范围较小、线路较短的场合,此时,系统的对地电容电流小得不足以对人身造成伤害。还有一个很重要的作用就是保护人身安全。足以对人身造成伤害。隔离危险电压.18V 交流电压经过滤波二极管和电容 C2 进行滤波,经过lm7818 输出稳定的 18V 电压,电容 C1C3 是为了滤掉直流电压的毛刺,使其输出稳定 设计方案: 方案中使用隔离变压器提高抗电磁干扰能力,使用脉宽调制电路控制电压输出,采用 DC-DC 变换器,提高电源效率。 设计原理图如下: 电路原理图如下:

电路仿真结果如下: 各元器件与模块: N7818 稳压芯片介绍: 共有三种外形封装形式,,管脚 1 是电压输入脚,2 是接地脚,3 是稳定电压输出脚,用于稳压,原件如图所示: DC—DC 升压模块,DC-DC 升压变换器的工作原理:DC-DC 功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分,可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的 DC-DC 变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种;隔离型的 DC-DC 变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等

稳压电源设计报告1

全国大学生电子设计大赛 稳 压 电 源 设 计 报 告

稳压电源 摘要: 本稳压电源,由变压器次级绕组接入,通过桥式整流和电容滤波,经过 LM7812、LM7912稳压,形成典型的双电源稳压电路,输出±12V 100mA电流。桥式整流后的电压,经过LM2576降压后,输出+5V电压,给后一级的LDO稳压电路供电,AS1117在满载(800mA)时,压差仅1.2V。用+5V供电,可以保证其工作在线性状态,3.3V输出稳定。 关键字: LM7812、LM7912、LM2576、AS1117 Abstract: The regulated power supply, the transformer secondary windings access, through the bridge rectifier and capacitor filter, through the LM7812, LM7912 voltage regulator, the formation of double power supply circuit, the output current of the 100mA + 12V. After the bridge rectifier voltage, through the LM2576 step-down, output +5V voltage, LDO voltage regulator circuit power level to, AS1117 at full load (800mA), pressure difference is only 1.2V. With +5V power supply, can ensure that the work in the linear state, the 3.3V output stability. Keywords: LM7812、LM7912、LM2576、AS1117

基于UC3875的高频开关电源的设计

引言 近年来,随着电子技术的发展,邮电通信、交通设施、仪器仪表、工业设施、家用电器等越来越多地应用开关电源,随着科学技术的不断进步,对大功率电源的需求也就越来越大。与此同时大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多,要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。通常滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大,因此主要是靠减少它们的体积来实现小型化、轻量化。 我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率,但在提高开关频率的同时,开关损耗会随之增加,电路效率会严重下降。针对这些问题出现了软开关技术,它利用以谐振为主的辅助换流手段,解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题,使开关电源能高频高效地运行,从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术,目前已比较成熟,下面以2KW的电源为例进行设计。 1.设计内容和方法 1.1主电路型式的选择 变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。在几种常用的变换电路中,因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍,由于市电电压较高,所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时,半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流,不易选管,输出功率较全桥小,所以采用全桥变换电路。 传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下,在门极的控制下开通或关断,开关过程中电压、电流均不为零,出现重叠,导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升,使电路效率下降,阻碍了开关频率的提高。在移相控制技术的基础上,利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件,使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通,实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗,变换效率可达80%-90%,并且不会发生开关应力过大。所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制(PSC FB ZVS-PWM)变换电路。 移相控制全桥变换电路是目前应用最为广泛的软开关电路之一,它的特点是电路简单,与传统的硬开关电路相比,并没有增加辅助开关等元件。原理如图1所示,主要由四个相同的功率管和一个高频变压器压器组成。E为输入直流电压, T1~T4 为开关管, D1~D4 为体内二极管,C1 ~C4 为开关的输出电容。以第一个桥臂为例介绍,利用变压器漏感和功率输出电容C1 谐振,漏感储能向电容 C1释放过程中,使电容上的电压逐步下降到零,体内二极管D1开通,创造了T1 的ZVS条件。

直流稳压电源设计课程设计

辽宁工业大学 模拟电子技术基础课程设计(论文)题目:直流稳压电源设计 摘要 直流稳压电源应用广泛,几乎所有电器、电力或电子设备都毫不例外地需要稳定的直流电压(电流)供电,它是电子电路工作的“能源”和“动力”。不同的电

路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时,输出电压仍能基本保持不变的电源。电子设备中的电源一般由交流电网提供,如何将交流电压(电流)变为直流电压(电流)供电?又如何使直流电压(电流)稳定?这是电子技术的一个基本问题。解决这个问题的方案很多,归纳起来大致可分为线性电子稳压电源和开关稳压电源两类,它们又各自可以用集成电路或分立元件构成。 半导体二极管和晶体管是电子电路中常用的半导体器件,也是构成集成电路的基本单元。主要利用这两种元器件设计制作一个分立式元器件串联反馈型稳压电源。直流稳压电源由交流电网经变压、整流、滤波、和稳压四个主要部分构成。本次设计的主要内容是围绕着如何使分立式元器件串联可调直流稳压电源输出直流 电压稳定、脉动成分减小而展开的。首先介绍了全波整流电路的工作原理,接着介绍了电容滤波电路的性能特点,然后引入了具有放大环节和辅助电源的串联可调式稳压电源,并在电路中采用了提高稳定度,提高温度稳定性及限流型过流 保护电路的具体措施,以确保电路安全稳定的工作。 关键字:串联稳压,直流,可调电源,Multisim软件,LM317. 目录 第1章串联式直流稳压电源设计方案论 证 (1) 1.1串联型直流稳压电源的设计意义 (2) 1.2串联型直流稳压电源设计的要求及技术指标 ....................... 3 1.3 总体设计方案论证 ............................................. 3 1.3.1 总体设计方案论证 ........................................ 3 1.3.2 总体设计方案框图 ........................................

600W半桥型开关稳压电源设计

600W半桥型开关稳压电源设计 600W半桥型开关稳压电源设计 摘要 本次设计主要是设计一个600W半桥型开关稳压电源,从而为负载供 电。 电源是各种电子设备不可或缺的组成部分,其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源本身消耗的能量低,电源效率比普通线性稳压电源提高一倍,被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。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,是一种较理想的稳压电源。本文介绍了一种采用半桥电路的开关电源,其输入电压为单相170 ~ 260V,输出电压为直流12V恒定,最大电流50A。从主电路的原理与主电路图的设计、控制电路器件的选取、保护电路方案的确定以及计算机仿真图形的绘制与波形分析等方面的研究。 关键词:半桥变换器;功率MOS管;脉宽调制;稳压电源; 第1章绪论1.1 电力电子技术概况 电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电

力领域的电子技术,它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。目前所用的电力电子器件采用半导体制成,故称电力半导体器件。信息电子技术主要用于信息处理,而电力电子技术则主要用于电力变换。电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心,伴随变换技术和 控制技术的发展而发展的。 电力电子技术可以理解为功率强大,可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术,它与传统的电子技术相比,其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压,而且要考虑在大功率情况下,器件发热、运行效率的问题。为了解决发热和效率问题,对于大功率的电子电路,器件的运行都采用开关方式。这种开关运行方式就是电力电 子器件运行的特点。 电力电子学这一名词是20世纪60年代出现的,“电力电子学”和“电力电子技术”在内容上并没有很大的不同,只是分别从学术和工程技术这2个不同角度来称呼。电力电子学可以用图1的倒三角形来描述,可以认为电力电子学由电力学、电子学和控制理论这3个学科交叉而形成 的。这一观点被全世界普遍接受。 电力电子技术与电子学的关系是显而易见的。电子学可分为电子器件和电子电路两大部分,它们分别与电力电子器件和电力电子电路相对应。从电子和电力电子的器件制造技术上进两者同根同源,从两种电路的分析方法上讲也是一致的,只是两者应用的目的不同,前者用于电力变换, 后者用于信息处理。

大功率移相全桥软开关电源的设计

工程硕士学位论文 大功率移相全桥软开关电源的设计 THE DESIGN ON SOFT SWITCHING POWER SUPPLY WITH HIGH POWER PHASE-SHIFTED FULL-BRIDGE 雷连方 哈尔滨工业大学 2006年12月

国内图书分类号 : TM92 国际图书分类号: 621.38 工程硕士学位论文 大功率移相全桥软开关电源的设计 硕士研究生:雷连方 导师:刘瑞叶 教授 副导师:肖连存 高工 申请学位:工程硕士 学科、专业:电气工程 所在单位:中国科工集团第三总体设计部 答辩日期:2006年12 月 授予学位单位:哈尔滨工业大学

Classified Index: TM92 U.D.C: 621.38 Dissertation for the Master Degree in Engineering THE DESIGN ON SOFT SWITCHING POWER SUPPLY WITH HIGH POWER PHASE-SHIFTED FULL-BRIDGE C a n d i d a t e:Lei Lianfang Supervisor:Prof. Liu Ruiye Associate Supervisor:Senior Engineer Xiaolianchun Academic Degree Applied for:Master of Engineering Speciality:Electrical Engineering Affiliation:The 3rd Headquarters of China Aerospace Science Industry Company Date of Defence:December,2006 Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of technology

开关稳压电源设计

开关电源的设计 同组参与者:李方舟、周恒、张涛开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和 调频试两种,实际应用中,而调宽式应用的较多,在 目前开发和使用的开关电源集成电路中,绝大多数也 为脉宽调制(PWM)型。 开关稳压电源具有效率高,输出功率大,输入电 压变化范围宽,节约能耗等优点。 开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开 通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压; 通常有三种方式:脉冲宽度调制(PWM),脉冲频率 调制(PFM)和混合调制。PWM调制是指开关周期 恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式,因为 周期恒定,滤波电路的设计比较简单,也是应用能够 最广泛的调制方式。开关稳压电源的主要结构框架如 图1-1所示,有隔离变压器产生一个15-18V的交流电 压,在经过整流滤波电路,将交流电变成直流电,然 后再经过DC—DC变换,由PWM的驱动电路去控 制开关管的导通和截止,从而产生一个稳定的电压源, 如图1-1所示;

图1-1 一开关转换电路 1:滤波电路 输入滤波电路具有双向隔离作用,它可以抑制交流电网输入的干扰信号,同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。如图1-2所示滤波电路中C1用以滤除直流份量中的交流成分,隔离电容应选用高频特性较好的碳膜电容,电阻R给电容提供放电回路,避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性,C2、C3跨接在输出端,能有效地抑制共模干扰,为了减小漏电流C2、C3宜选用陶瓷电容器. 图1-2 2.电压保护电路 如图1-3所示为输出过压保护电路。稳压管VS的

击穿电压稍大于输出电压额定值,输出电压正常时,VS不导通,晶闸管VS的门极电压为零,不导通,当输出过压时,VS击穿,VS受触发导通,使光电耦合器输出三极管电流增大,通过UC3842控制开关管关断。 图1-3 输出过压保护电路 3.电压反馈电路 电压反馈电路如图1-4所示。输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到的1脚,调节R1 R2的分压比可设定和调节输出电压,达到较高的稳压精度。如果输出电压U0升高,集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流在增大,UC3842的输出脉宽相应变窄,输出电压U0变小,同样,如果输出电压U0减小,可通过反馈调节使之升高。

开关电源课程设计

太原理工大学课程设计任务书 指导教师签名:日期:

前言 随着电力电子技术的发展,开关电源的应用越来越广泛。反激式开关电源以其设计简单,体积小巧等优势,广泛应用于小功率场合。开关电源以其小型、轻量和高效率的特点,被广泛地应用于各种电气设备和系统中,其性能的优劣直接关系到整个系统功能的实现。开关稳压电源有多种类型,其中单端反激式开关电源由于具有线路简单,所需要的元器件少,能够提供多路隔离输出等优点而广泛应用于小功率电源领域。 本论文根据输入电压经EMI滤波设计整流桥,再与直流变压器开关管构成反激电路。通过输出反馈经UC3842控制占空比,从而使输出电压稳定。反激电路中开关管开通原边线圈储存能量,副边不导通。原边关断时,线圈储存的能量通过互感向负载提供能量。输出电压反馈由TL431和光耦构成,当输出稳定时,有一个稳定的电流;当输出电压增大时,TL431分流增加,发光二极管亮度改变,使三级管电流改变,致使开关管控制导通占空比改变,从而使输出电压减小。另外,芯片UC3842引脚接一电流反馈,通过控制分压值实现截流保护,防止输出过电流。 设计中,直流变压器的设计是重点,需要计算其原边电感,原副边匝数,铁芯的选择,根据这些参数构造电路图,计算各电容电阻值及二极管承受的反压,选择合适的型号。 论文先介绍了开关电源及反激式开关电源,然后介绍器件选型,再分部分介绍主电路、控制电路和保护电路,最后附表为选择时参数参考表和总电路图。

目录 前言 第一章开关电源概述 (1) 1.1开关电源综述 (1) 1.2反激式开关电源介绍 (2) 第二章总体方案的确定 (2) 2.1总体设计思路及框图 (2) 2.2仿真原理图 (3) 第三章具体电路设计 (5) 3.1EMI滤波电路 (5) 3.2整流滤波电路设计 (6) 3.3高频变压器的设计 (7) 3.4控制反馈电路的设计 (15) 3.5保护电路的设计 (17) 3.6输出侧滤波电路设计 (18) 第四章电路仿真与结果 (19) 4.1 EMI滤波电路 (19) 4.2整流电路 (21) 4.3反激型电路 (22) 4.4反馈电路 (23) 4.5总电路 (24) 心得体会 (25) 参考文献 (26)

开关稳压电源电路设计及应用

摘要:在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进行比较的基础上,简单介绍了LM2576的特性,给出了基本开关稳压电源、工作模式可控的开关稳压电源和开关与线性结合式稳压电路的设计方案及元器件参数的计算方法。 关键词:LM2576 电源设计 MCU 嵌入式控制系统的MCU一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠工作。而设计者多习惯采用线性稳压器件(如78xx系列三端稳压器件)作为电压调节和稳压器件来将较高的直流电压转变M CU所需的工作电压。这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会大的“热损失”(其值为V压降×I负荷),其工作效率仅为30%~50%[1]。加之工作在高粉尘等恶劣环境下往往将嵌入式工业控制系统置于密闭容器内的聚集也加剧了MCU的恶劣工况,从而使嵌入式控制系统的稳定性能变得更差。 而开关电源调节器件则以完全导通或关断的方式工作。因此,工作时要么是大电流流过低导通电压的开关管、要么是完全截止无电流流过。因此,开关稳压电源的功耗极低,其平均工作效率可达70%~90%[1]。在相同电压降的条件下,开关电源调节器件与线性稳压器件相比具有少得多的“热损失”。因此,开关稳压电源可大大减少散热片体积和PCB板的面积,甚至在大多数情况

下不需要加装散热片,从而减少了对MCU工作环境的有害影响。 采用开关稳压电源来替代线性稳压电源作为MCU电源的另一个优势是:开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。此外,由于开关稳压电源“热损失”的减少,设计时还可提高稳压电源的输入电压,这有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。 LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件(如78xx 系列端稳压集成电路)的替代品,它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力,从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。 一、LM2576简介 LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路,它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V),并具有完善的保护电路,包括电流限制及热关断电路等,利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2576系列包括LM2576(最高输入电压40V)及LM257 6HV(最高输入电压60V)二个系列。各系列产品均提供有3.3

移相全桥为主电路的软开关电源设计详解

移相全桥为主电路的软开关电源设计详解 2014-09-11 11:10 来源:电源网作者:铃铛 移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰,降低损耗,提高开关频率。如何以UC3875为核心,设计一款基于PWM软开关模式的开关电源?请见下文详解。 主电路分析 这款软开关电源采用了全桥变换器结构,使用MOSFET作为开关管来使用,参数为1000V/24A。采用移相ZVZCSPWM控制,即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS。电路结构简图如图1,VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管,VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管,C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容,VD3、VD4是反向电流阻断二极管,用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS,Llk为变压器漏感,Cb为阻断电容,T 为主变压器,副边由VD5~VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件组成。 图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图 其基本工作原理如下: 当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时,电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样,主变压器原边向负载提供能量。通过移相控制,在关断VT1时并不马上关断VT4,而是根据输出反馈信号决定移相角,经过一定时间后再关断VT4,在关断VT1之前,由于VT1导通,其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降,理想状况下其值为零,当关断VT1时刻,C1开始充电,由于电容电压不能突变,因此,VT1即是零电压关断。 由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用,VT1关断后,原边电流不能突变,继续给Cb充电,同时C2也通过原边放电,当C2电压降到零后,VD2自然导通,这时开通VT2,则VT2即是零电压开通。 当C1充满电、C2放电完毕后,由于VD2是导通的,此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb两端电压,原边电流开始减小,但继续给Cb 充电,直到原边电流为零,这时由于VD4的阻断作用,电容Cb不能通过VT2、

开关稳压电源设计word文档

编号:E甲0904 2007全国大学生电子设计竞赛题目E: 《开关稳压电源》 参赛学生:李泉泉、满中甜、董学峰 指导教师:刘晓军、郑亚民、周强 学校:山东大学威海分校 院系:信息工程学院 2007年9月6日

开关稳压电源(E题) 摘要 该电源以单端反激式DC-DC变换器为核心。市电通过自耦式调压器,隔离变压器,整流滤波后产生直流电压,经DC-DC变换得到题目所需输出电压,实现了开关稳压电源的设计。DC-DC变换器采用脉宽调制器(PWM)UC3842,通过调节 在30V~36V范围内可调;微控制器与键盘显示构成了占空因数使得输出电压U O 控制显示模块,能对输出电压进行键盘设定和步进调整,并显示输出电压、电流的测量和数字显示功能,形成了良好的人机界面。 关键词:DC-DC变换器,脉宽调制器(PWM) 1方案论证 1.1DC-DC主回路拓扑 适合本系统的DC-DC拓扑结构为单端反激式DC-DC变换器,利用UC3824芯片作为控制核心,该芯片抗电压波动能力强,并可使负载调整率得到明显改善,而且其频响特性好,稳定裕度大,过流限制特性好,具有过流保护和欠压锁定功能。 1.2控制方法及实现方案 手动输出电压调节采用电位器改变取样回路的上下比电阻比值来改变输出电压,使其满足题目要求,该方案电路结构简单,实现方便。 键盘设定通过单片机改变模拟开关接通通道,选取取样回路的电阻节点位置,改变取样回路的上下比电阻比值来改变输出电压,实现发挥部分的键盘设定功能。 1.3提高效率的方法及实现方案 在DC-DC变换器中,主要消耗功率的元件有主回路的开关管、续流二极管、储能电感等部件。本设计中提高效率的措施主要有: 通过增加电感线径减小电感阻值; 采用低内阻的高效率MOSFET作为主回路的开关元件; 采用高速低正相压降的肖特基二极管降低其功耗。 2电路设计与参数计算 2.1电路整体设计 本设计以DC-DC变换器为核心,辅以隔离变压、整流滤波、控制显示等功能模块,完成开关稳压电源各项功能(见图1 系统框图)。

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