開關(guān)電源論文資料,開關(guān)電源,論文,資料
目錄
1 前言 1
2．總體方案設(shè)計(jì) 2
2.1 方案一 2
2.2 方案二 3
2.3方案選擇 4
3．單元模塊設(shè)計(jì) 5
3.1單元模塊功能介紹 5
3.1.1輔助電源部分設(shè)計(jì) 5
3.1.2主要電源部分設(shè)計(jì) 6
3.1.3保護(hù)電路部分設(shè)計(jì) 7
3.1.4繼電器驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì) 7
3.1.5輸出電壓比較部分設(shè)計(jì) 8
3.1.6編碼譯碼部分設(shè)計(jì) 9
3.2電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 10
3.3特殊器件介紹： 11
3.4各單元模塊連接 16
4．系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 17
5．設(shè)計(jì)總結(jié) 17
【參考文獻(xiàn)】 18
6 系統(tǒng)原理圖 19
1 前言
可以說(shuō)，有電器的地方就有電源。所有的電子設(shè)備都離不開可靠的電源為其供電?，F(xiàn)代電子設(shè)備中的電路使用了大量的半導(dǎo)體器件，這些半導(dǎo)體需要幾伏到幾十伏的直流供電，以便得到正常工作所必需的能源。這些直流電源有的屬于化學(xué)電源，如采用干電池和蓄電池，但這些不能持久性的供電。大多數(shù)電子設(shè)備的直流供電方法都是將交流電源經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變換為所需的直流 電壓。完成這種變換任務(wù)的電源成為直流穩(wěn)壓電源。
現(xiàn)代電子設(shè)備中使用的直流穩(wěn)壓電源有兩大類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)性穩(wěn)壓電源。所謂線性穩(wěn)壓電源就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，這種穩(wěn)壓電源的最主要的缺點(diǎn)是變換效率低，一般只有35%~60%左右。開關(guān)穩(wěn)壓電源的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，其主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可高達(dá)70%~95%。目前，計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、雷達(dá)、電視及家用電器等現(xiàn)代電子設(shè)備中的穩(wěn)壓電源已基本采用了開關(guān)穩(wěn)壓電源，因此，下面將介紹開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。
2．總體方案設(shè)計(jì)
2.1 方案一
該方案是通過(guò)變壓器變壓，再經(jīng)過(guò)整流電路、濾波電路進(jìn)而將交流電變?yōu)橹绷麟?，在通過(guò)穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓得到較穩(wěn)定的電壓，由于穩(wěn)壓器當(dāng)輸入電壓固定時(shí)只能在它的電壓差范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓，、所以要在調(diào)出電壓差的范圍時(shí)自動(dòng)調(diào)檔，這是通過(guò)兩個(gè)比較器將輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，再通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能控制繼電器控制器的輸入情況來(lái)判斷輸出電壓的大小在哪個(gè)范圍，然后進(jìn)行自動(dòng)調(diào)檔。最后將穩(wěn)壓器的輸出電壓流經(jīng)保護(hù)電路，最后輸出。如圖2.1。
變壓器
整流
濾波
穩(wěn)壓
保護(hù)電路
兩個(gè)比較器
交流電
220V/50HZ
計(jì)數(shù)器
繼電器控制器
圖2.1
2.2 方案二
該方案也是通過(guò)變壓器變壓，再經(jīng)過(guò)整流電路、濾波電路進(jìn)而將交流電變?yōu)橹绷麟?，在通過(guò)穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓得到較穩(wěn)定的電壓，主要是自動(dòng)換檔這一單元有所改變，該方案的這一單元的原理是：將穩(wěn)壓器輸出的電壓通過(guò)六個(gè)比較器和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將得出的結(jié)果通過(guò)編碼器、譯碼器得出有效的二進(jìn)制碼，接著通過(guò)繼電器控制器控制繼電器自動(dòng)調(diào)節(jié)檔位。最后將穩(wěn)壓器的輸出電壓流經(jīng)保護(hù)電路輸出，如圖2.2。
交流電
220V/50HZ
變壓器
整流
濾波
繼電器控制器
穩(wěn)壓
保護(hù)電路
六個(gè)比較器
編碼器
譯碼器
圖2.2
2.3方案選擇
方案一的優(yōu)點(diǎn)在于所用的器件較少,但由于用計(jì)數(shù)器給繼電器控制器有一個(gè)缺點(diǎn):當(dāng)電源一開始就往下調(diào),要是不置數(shù)的話,往下就不能計(jì)數(shù),但如果置數(shù)的話,在方案上有點(diǎn)困難;方案二雖然元器件多點(diǎn)但它能完整的完成自動(dòng)調(diào)檔功能,并且思路簡(jiǎn)單明了,容易讓人理解并不會(huì)出什么錯(cuò)誤,元器件又好解決.所以我選用第二中方案。
3．單元模塊設(shè)計(jì)
3.1單元模塊功能介紹
3.1.1輔助電源部分設(shè)計(jì)
該部分的功能是提供主要電源部分所使用的芯片的驅(qū)動(dòng)電壓和用來(lái)作為基準(zhǔn)電壓。
圖3.1.1 輔助電源+5V
該電源提供穩(wěn)定的直流電源+5V，它的主要功能是提供給比較器、譯碼器和編碼器的驅(qū)動(dòng)電壓+5V。如圖3.1.1。
圖3.1.2 輔助電源+12V
該電源提供穩(wěn)定的直流電源+12V，它的主要功能是提供給2803驅(qū)動(dòng)電壓+12V和提供比較器的基準(zhǔn)電壓。如圖3.1.2。
該電源主要通過(guò)整流、濾波和穩(wěn)壓三部分構(gòu)成，起部分功能如下：
橋式整流電路：
在U2的正半周，a點(diǎn)的電位高于b點(diǎn)的電位，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，電流自a端經(jīng)D1，RL和D3回到電源的b端；在U2的負(fù)半周，b點(diǎn)的電位高于a點(diǎn)的電位，D2、D3導(dǎo)通，D1、D3截止，電流自b端經(jīng)D2、RL和D4回到電源的a端。與半波整流電路相比，在U2、RL相同條件下，輸出的只電流、電壓都提高一倍；電流脈動(dòng)程度減??；變壓器在正、負(fù)半周都有對(duì)稱的電流流過(guò)，既得到充分利用，又不存在單磁化的問(wèn)題，但需要4個(gè)整流二極管，線路稍復(fù)雜。與全波整流相比，雖然多用了2個(gè)整流二極管，但反向耐壓低了一倍，變壓器次級(jí)少了一圈，綜合成本低于全波整流電路。
電容濾波電路
電容濾波電路的特點(diǎn)：
（1）電流的有效值和平均值的關(guān)系與波形有關(guān)，在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值越大。在純電阻負(fù)載時(shí)，變壓器副邊的有效值I2=1.11IL，而有電容濾波時(shí)I2=（1.5～2）IL。
（2）負(fù)載平均電壓VL升高，紋波（交流成分）減小，且RLC越大，電容放電速率越慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取RL*C≥（3-5）T/2（式中T為電源交流電壓的周期）。
（3）負(fù)載直流電壓隨負(fù)載電流增加而減小。VL隨IL的變化關(guān)系稱為輸出特性或外特性，如圖所示。
電容濾波電路簡(jiǎn)單，負(fù)載直流電壓VL較高，紋波也較小，它的缺點(diǎn)是輸出特性較差，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。
3.1.2主要電源部分設(shè)計(jì)
圖3.1.3可調(diào)電源部分
該部分通過(guò)三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器實(shí)行對(duì)電壓的調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)電位器R2時(shí)，電壓就會(huì)隨著電阻的阻值變化而變化。
3.1.3保護(hù)電路部分設(shè)計(jì)
圖3.1.4 保護(hù)電路
如圖3.1.3，該保護(hù)電路采用場(chǎng)效應(yīng)管的功能，其工作原理如下：當(dāng)電源輸出短路時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管VT2的柵源極變成等電位而導(dǎo)通，其漏源極就會(huì)分去調(diào)整管VT1的基極電流達(dá)到減小調(diào)整管導(dǎo)通過(guò)電流的作用，R2為場(chǎng)效應(yīng)管柵極的保護(hù)電阻。選用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)應(yīng)使其導(dǎo)通電壓降（漏源極間的電壓）小于調(diào)整管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓降。
3.1.4繼電器驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)
圖3.1.4繼電器驅(qū)動(dòng)
該部分的設(shè)計(jì)主要利用繼電器的特殊功能：當(dāng)繼電器兩端有電壓時(shí)，繼電器則導(dǎo)通，反之繼電器就斷開。繼電器用2803芯片驅(qū)動(dòng)，如圖3.1.4所示，可知A，B兩端接到整流部分，2803輸入端接譯碼部分。當(dāng)譯碼信號(hào)傳給2803時(shí)，它即將判斷那端輸出高電平，接到這端的繼電器導(dǎo)通，即與變壓器的一檔位接通，起到換擋作用。
3.1.5 輸出電壓比較部分設(shè)計(jì)
圖3.1.6 電壓比較
該部分的原理主要是利用對(duì)輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較從而判斷輸出電壓在哪個(gè)范圍，由此得出比較信號(hào)，將它傳給編碼器編碼。如圖3.1.5可知，六個(gè)比較器的輸出端接編碼器，輸入端接的基準(zhǔn)電壓。此基準(zhǔn)電壓是通過(guò)+12V的輔助電源供給的。比較器的原理是：當(dāng)輸入電壓比基準(zhǔn)電壓高時(shí)輸出高電平，而當(dāng)輸入電壓比基準(zhǔn)電壓低時(shí)則輸出低電平。
3.1.6 編碼譯碼部分設(shè)計(jì)
圖3.1.7 編碼譯碼
如圖3.1.6所示，編碼器的輸入端接比較器的輸出端，在此編碼器通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的編碼并傳給譯碼器，通過(guò)譯嗎器的譯碼將輸出信號(hào)傳給2803控制繼電器。
3.2電路參數(shù)計(jì)算
3.2.1輔助電源參數(shù)計(jì)算
1.因?yàn)閂i-Vo=2.5V，所以+5V穩(wěn)壓電源Vi應(yīng)大于2.5V+5V=7.5V，+12穩(wěn)壓電源Vi應(yīng)大于2.5V+12V=14.5V。
2.因?yàn)閂i=(1.1~1.2)Vj,所以Vj=Vi/(1.1~1.2).那么+5V穩(wěn)壓電源Vj≥6.25V, +12穩(wěn)壓電源Vj≥12.08V。
3.考慮到電解電容并不是非常大，穩(wěn)壓輸出的穩(wěn)定，+5V穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于6.6V，+12穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于12.6V。
4.因?yàn)槎O管有正向壓降，+5V穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于6.6+0.7×2=8V，+12穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于12.6+0.7×2=14V。
5.考慮到交流電源電壓的波動(dòng)，在市網(wǎng)電壓為200V時(shí)也能正常工作，則有200/220+Vj，所以+5V穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于8.8V，+12穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于14.8V。
6.交流變壓器副邊應(yīng)選取的電壓為：+5V穩(wěn)壓電源交流電壓為9V，+12V穩(wěn)壓電源交流電壓為15V。
3.2.2主要電源參數(shù)計(jì)算
1.Vi-Vo≥2.5~3V且Vi-Vo≤40V。
2.Vo=Vre(1+R2/R1)+Iadj×R2,其中Vre=1.25,Iadi=100uA非常小可以忽略，所以Vo=1.25(1+R2/R1)。
3.R2的取植范圍為120~240歐姆之間。
4.1.25V≤Vo≤37V,電流小于1.5A，保護(hù)電流為2.2A，最大耗散功率為20W。
3.2.3元器件的選擇
1.假設(shè)負(fù)載電流為500mA，電源電壓的頻率為50HZ，則T=0.02S，電容C≥【（3~5）T/2】/RL,耐壓植應(yīng)大于1.42×Vj,即1.42×Vj×250/220。（250/220為市網(wǎng)電源電壓過(guò)高時(shí)的情況）
當(dāng)輸出電壓為5V時(shí)C≥3000~5000uF，耐壓植應(yīng)大于14.5V。
當(dāng)輸出電壓為12V時(shí)C≥1250~2083uF,耐壓植應(yīng)大于24.1V。
2.二極管應(yīng)承受的最大反向電壓均為V2的最大植，即Vrm=1.414V
當(dāng)輸出電壓為5V時(shí)，二極管承受的電壓為1.414×9=12.726V
當(dāng)輸出電壓為12V時(shí)，二極管承受的電壓為1.414×15=21.21V。
3.3特殊器件介紹：
LM317器件介紹
它的內(nèi)部電路有比較器、偏置電路（圖中未畫出）、恒流源和帶隙基準(zhǔn)電壓Vref等，它的公共端改接到輸出端，器件本身無(wú)接地端。所以消耗的電流都從輸出端流出，內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓（約1.2V）接至比較放大器的同向端和調(diào)整端之間。若接上外部的調(diào)整電阻R1、R2后，輸出電壓為
V0=Vref+(Vref/R1+Iadj)R2
=Vref(1+R2/R1)+IadjR2
LM317的Vref=1.2V,Iadj=50uA,由于調(diào)整端電流Iadj<
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