畢業(yè)設(shè)計（論文）-開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計.doc

共45頁第1頁摘要穩(wěn)壓電源是實現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。在信息時代，農(nóng)業(yè)、能源、交通運輸、通信等領(lǐng)域迅猛發(fā)展，對電源產(chǎn)業(yè)提出個更多、更高的要求，如節(jié)能、節(jié)材、減重、環(huán)保、安全、可靠等。這就迫使電源工作者不斷的探索尋求各種鄉(xiāng)關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。開關(guān)電源是一種新型的電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高、耗能低、使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟效益。本文在介紹了開關(guān)電源的各種工作方式、其優(yōu)劣勢、設(shè)計方法及未來發(fā)展方向等的基礎(chǔ)上，對開關(guān)穩(wěn)壓電源進行設(shè)計。設(shè)計分為三個模塊進行，分別為輔助電源模塊、PWM控制模塊、升壓電路部分，其中PWM控制電路為電源設(shè)計的核心。確定電路設(shè)計方案后，使用Multisim10對電路進行仿真，并對電路的參數(shù)進行配比，盡量使電路的參數(shù)達到最佳、使輸出電壓趨于穩(wěn)定，從而達到設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源，穩(wěn)壓，脈寬調(diào)制，功率共45頁第2頁目錄第一章開關(guān)電源簡介.41.1開關(guān)電源的發(fā)展背景.41.2開關(guān)電源的基本原理與組成特點.41.2.1開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理.41.2.2開關(guān)電源的基本原理.51.2.3開關(guān)電源的特點.61.3開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展.61.3.1國際發(fā)展史狀況.61.3.2國內(nèi)發(fā)展情況.81.4開關(guān)電源的分類.81.5穩(wěn)壓開關(guān)電源的發(fā)展趨勢.111.6開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)與基本設(shè)計要求.13第二章開關(guān)變換電路.152.1濾波電路.152.2反饋電路.152.2.1電流反饋電路.152.2.2電壓反饋電路.162.3電壓保護電路.16第三章UC3842.183.1UC3842簡介.183.1.1UC3842的引腳及其功能.183.1.2UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu).193.1.3UC3842的使用特點.203.2UC3842的典型應(yīng)用電路.213.2.1反激式開關(guān)電源.213.2.2UC3842控制的同步整流電路.223.2.3升壓型開關(guān)電源.24第四章利用UC3842設(shè)計開關(guān)穩(wěn)壓電源.264.1電源設(shè)計指標(biāo).264.2具體電路設(shè)計.264.2.1啟動電路.264.2.2PWM脈沖控制驅(qū)動電路.284.2.3電路輸出部分的設(shè)計.314.3電路整體分析.36第五章電源的測試及仿真.375.1仿真軟件Multisim10概述.37共45頁第3頁5.2電路測試.375.3仿真結(jié)果.395.4設(shè)計問題及解決方法.41總結(jié).42參考資料.43致謝.錯誤!未定義書簽。共45頁第4頁第一章開關(guān)電源簡介1.1開關(guān)電源的發(fā)展背景電源powersupply；powersource向電子設(shè)備提供功率的裝置。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。發(fā)電機能把機械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能.發(fā)電機.電池本身并不帶電,它的兩極分別有正負(fù)電荷,由正負(fù)電荷產(chǎn)生電壓(電流是電荷在電壓的作用下定向移動而形成的),電荷導(dǎo)體里本來就有,要產(chǎn)生電流只需要加上電壓即可,當(dāng)電池兩極接上導(dǎo)體時為了產(chǎn)生電流而把正負(fù)電荷釋放出去,當(dāng)電荷散盡時,也就電荷流(壓)消了.干電池等叫做電源。通過變壓器和整流器，把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。能提供信號的電子設(shè)備叫做信號源。晶體三極管能把前面送來的信號加以放大，又把放大了的信號傳送到后面的電路中去。晶體三極管對后面的電路來說，也可以看作是信號源。整流電源、信號源有時也叫做電源。電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。電力電子技術(shù)的發(fā)展,特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發(fā)展,將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平,使其具有高穩(wěn)定性和高性價比等特性。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對電源技術(shù)又提出了更高的要求,從而促進了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。1.2開關(guān)電源的基本原理與組成特點1.2.1開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理開關(guān)式穩(wěn)壓電源的控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種,實際應(yīng)用中,調(diào)寬式使用的較多,在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源集成電路中,絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理如圖1-1所示。共45頁第5頁圖1-1.調(diào)寬式開關(guān)電源的基本原理對于單極性矩形脈沖來說,其直流平均電壓U0取決于矩形脈沖的寬度,脈沖越寬,其直流平均電壓值就越高。其中有:U0=UmT1/T式中,Um為矩形脈沖的最大電壓值；T為矩形脈沖周期,T1為矩形脈沖寬度。由此可知,當(dāng)Um與T不變時,直流平均電壓U0將與脈沖寬度T1成正比。這樣,只要設(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄,就可以達到穩(wěn)定電壓的目的。1.2.2開關(guān)電源的基本原理開關(guān)穩(wěn)壓電源（簡稱開關(guān)電源）是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開關(guān)電源一般多采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制方式。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，開關(guān)電源逐步向高頻化方向發(fā)展。高頻化使開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點，因此，研究、開發(fā)高質(zhì)量的開關(guān)電源就變得十分必要，尤其在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。開關(guān)穩(wěn)壓電源具有，效率高，輸出功率大，輸入電壓變化范圍寬，節(jié)約能耗等優(yōu)點，而被廣泛使用在各個行業(yè)和領(lǐng)域中。開關(guān)電源的工作原理就是通過改變開關(guān)器件的開通時間和工作周期的比值即占空比來改變輸出電壓，通常有三種調(diào)制方式:脈沖寬度調(diào)制(PWM)、脈沖頻率調(diào)制(PFM)和混合調(diào)制。PWM調(diào)制是指開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式，因為周期恒定，濾波電路的設(shè)計容易，是應(yīng)用最普遍的調(diào)制方式。開關(guān)穩(wěn)壓電源的主回路框圖如圖1-2所示，由隔離變壓器產(chǎn)生一個18V的交流，經(jīng)過整流濾波成一個直流，然后再進行DC-DC變換，有PWM的驅(qū)動電路，去控制開關(guān)電源管的導(dǎo)通和截止，而產(chǎn)生出一個穩(wěn)定的電壓源，如圖1-2。共45頁第6頁圖1-2.1.2.3開關(guān)電源的特點開關(guān)電源具有如下特點：(1)效率高。開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%90%，高的可達90%以上；(2)重量輕。由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了；(3)穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的交流輸入電壓在90270V內(nèi)變化時，輸出電壓的變化在2%以下。合理設(shè)計開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開關(guān)電源的高效率；（4）安全可靠。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保障其功能可靠；(5)功耗小。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20kHz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機的可靠性和穩(wěn)定性。1.3開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展1.3.1國際發(fā)展史狀況（1）發(fā)展史1955年美國的科學(xué)家羅耶（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的飽和來進行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的晶體管直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來。從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)式和機械振子式換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的共45頁第7頁功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備上。由于那時的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作耐壓較高、開關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個時期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也能太高。60年代末，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了。從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要有工頻變壓器了。從而極大地擴大了它的應(yīng)用范圍，并且在此基礎(chǔ)上誕生了無工頻降壓變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源。省掉了工頻變壓器，又使開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小。開關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。70年代以后，于這種技術(shù)有關(guān)的高頻、高反壓的功率晶體管，高頻電容，開關(guān)二極管，開關(guān)變壓器鐵心等元器件也不斷地被研制和生產(chǎn)出來，使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速發(fā)展，并且被廣泛應(yīng)用于電子計算機、通信、航天、彩色電視機等領(lǐng)域中，從而使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源中的佼佼者。（2）目前正在克服的困難隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子的高速發(fā)展、集成度高、功能強的大規(guī)模集成電路的不斷出現(xiàn)，使得電子設(shè)備的體積在不斷的縮小，重量在不斷的減輕。所有從事這方面研究和生產(chǎn)的人們對開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)變壓器還感到不是十分理想，他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開關(guān)變壓器或者通過別的途徑來取代開關(guān)變壓器，使之能夠滿足電子儀器和設(shè)備為小型化的需要。這是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制的科技人員目前正在克服的第一個困難。開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率是與開關(guān)管的變換速度成正比的，并且開關(guān)穩(wěn)壓電源中由于采用了開關(guān)變壓器以后，才能使之有一組輸入得到極性、大小各不相同得多組輸出。要進一步提高開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率，就必須提高電源的工作頻率。但是，當(dāng)頻率提高以后，對整個電路中的元件又有了新的要求。例如，高頻