開關(guān)穩(wěn)壓電源__簡易報告

1、開關(guān)穩(wěn)壓電源 1方案論證本設(shè)計是根據(jù)本次電子競賽題目的基本要求所制作的開關(guān)穩(wěn)壓電源，系統(tǒng)分為AC-DC變換電路、DC-DC變換電路、數(shù)字設(shè)定與顯示電路、保護和測量電路等四部分?，F(xiàn)對系統(tǒng)重要部分作方案論證。1.1 DC-DC主回路拓撲的選擇根據(jù)題目要求DC-DC變換器由以下兩種方案可實現(xiàn)：1）采用Boost型拓撲結(jié)構(gòu)變換器實現(xiàn)；2）采用推挽型拓撲結(jié)構(gòu)變換器實現(xiàn)。Boost變換器容易實現(xiàn)，且技術(shù)成熟；推挽變換器中可能出現(xiàn)單向偏磁飽和，容易使開關(guān)管損壞。經(jīng)比較，決定主回路拓撲結(jié)構(gòu)采用Boost型拓撲結(jié)構(gòu)變換器。1.2 控制方法方案一 脈沖寬度控制  脈沖寬度控制是指開關(guān)工作頻率(即開關(guān)周期

2、)固定的情況下直接通過改變導(dǎo)通時間來控制輸出電壓大小的一種方式。因為改變開關(guān)導(dǎo)通時間就是改變開關(guān)控制電壓的脈沖寬度，因此又稱脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制。 方案二 脈沖頻率控制  脈沖頻率控制是指開關(guān)控制電壓的脈沖寬度不變的情況下，通過改變開關(guān)工作頻率(改變單位時間的脈沖數(shù)，即改變T)而達到控制輸出電壓大小的一種方式，又稱脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制。PWM控制方式因為采用了固定的開關(guān)頻率，因此，設(shè)計濾波電路時就簡單方便,而脈沖頻率控制方式開關(guān)頻率不確定，濾波電路較復(fù)雜，對硬件要求高。所以采用方案一 作為控制方法。1.3提高效率的方法提高開關(guān)電源的效率方法：(1)采用軟開關(guān)PWM變換控制

3、技術(shù)提高效率； (2)改進驅(qū)動電路及優(yōu)選參數(shù)提高效率；(3)改進緩沖吸收電路及參數(shù)選取提高效率；(4)改進磁性部件的設(shè)計提高效率；(5)正確選取功率器件，降低損耗提高效率等。本設(shè)計采用提高效率的方法有：(1)改進緩沖吸收電路及參數(shù)選取提高效率； (2)改進磁性部件的設(shè)計提高效率；(3)正確選取功率器件，降低開關(guān)損耗提高效率。具體： 通過提高工作頻率，讓工作頻率達到100KHZ；選用小導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度的MOSTET，降低MOSFET開關(guān)損耗。選用了IRF640（VDSS= 200 V， RDS(on) < 0.18 W，ID= 18 A）選用快速恢復(fù)整流二極管，減少反向?qū)〞r間，減少損

4、耗。選用了肖特基二極管RHRP15120，恢復(fù)時間trr < 65ns。 以過驗證，本設(shè)計的系統(tǒng)原理框圖如圖1-1：圖1-1 系統(tǒng)原理框圖220V交流電壓經(jīng)整流濾波后，得到約89的直流電壓加到DC-DC變換器上，用脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的雙列脈沖信號去驅(qū)動場效應(yīng)管，通過功率變壓器的耦合和隔離作用在次級得到準方波電壓，經(jīng)整流濾波反饋控制后可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。2電路設(shè)計2.1 主回路電路原理圖 Boost變換器是DC-DC變換器中、最易于實現(xiàn)的、最常用的、最成熟的和輸出電壓等于或小于輸入電壓的非隔離型變壓電路，且輸入與輸出負端是公共端。原理圖如下：圖2-1 Boost原理圖2.2 控制電路設(shè)

5、計與參數(shù)計算控制電路以脈寬調(diào)制電路TL494為控制核心。其內(nèi)部功能框圖與基本單元電路如圖2-1所示。TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源的各種拓撲結(jié)構(gòu)。 TL494是一個固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下：圖 2-2內(nèi)部功能框圖與基本單元電路圖2-3 TL494應(yīng)用原理圖如圖2-3所示本設(shè)計fosc=43KHz,根據(jù)得fos=1.1÷(C1×R1) 得R1=43K2.3 效率的分析及計算開關(guān)電源由于其功率變換裝置工作在高頻開關(guān)狀態(tài)

6、，與線性穩(wěn)壓電源相比，具有體積小、效率高等特點。但是，開關(guān)電源的損耗是開關(guān)電源實現(xiàn)高頻化、小型化的障礙。造成效率降低的原因很多，主要有：1）變換器控制技術(shù)不合理；2）功率開關(guān)管柵極驅(qū)動電路參數(shù)設(shè)計和布局不合理；3）高頻變壓器設(shè)計出現(xiàn)問題；4）吸收回路的電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)選取不合理；5）濾波電感線圈設(shè)計出現(xiàn)問題；6）開關(guān)管的特性引起的問題等。效率的計算公式如下：2.4 保護電路設(shè)計與參數(shù)計算 過電流保護是一種電源負載保護功能，以避免發(fā)生包括輸出端子上的短路在內(nèi)的過負載輸出電流對電源和負載的損壞。通過在輸出端接入反饋電阻由單片機通過A/D轉(zhuǎn)換監(jiān)測輸出電流值，在電流值高于2.5A時關(guān)斷電路?？紤]到負載會

7、消耗功率，降低DC-DC的效率，采樣電阻選用3W,0.5的電阻。2.5 數(shù)字設(shè)定及測量顯示電路的設(shè)計數(shù)字設(shè)定及測量顯示部分由AVR ATMEGA16單片機、4×4鍵盤和128×64液晶顯示器構(gòu)成。與普通的LED相比，液晶顯示界面與操作界更友好。 單片機程序采用C語言編寫，與其他語言相比，具有簡單、方便、移植性好及可讀性強等優(yōu)點。系統(tǒng)程序設(shè)計分成了兩個模塊，即主控程序模塊和中斷服務(wù)程序模塊。如果圖2-4所示主控程序工作原理是，在單片機上電后對D/A芯片、A/D、液晶顯示器等進行初始化。然后進行鍵盤掃描并根據(jù)鍵盤的設(shè)置值，進行相應(yīng)的顯示，在A/D轉(zhuǎn)換完成后產(chǎn)生中斷并進入中斷服務(wù)

8、程序?qū)/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進行處理。中斷服務(wù)程序流程圖見圖2-5。 圖2-4 單片機主控程序流程圖 圖2-5單片機中斷服務(wù)程序流程圖3系統(tǒng)測試3.1 測試方法 出于安全考慮，在系統(tǒng)測試過程中用到了5只數(shù)字萬用表。其中有監(jiān)測隔離變壓器的副邊電壓、UIN、IIN、輸出電壓和輸出電流。用示波器檢測輸出波型，觀察紋波，及TL494的輸出波形，并記錄數(shù)據(jù)。3.2 測試儀器1) 40MHz模擬示波器（雙通道） 1 臺2) 普通數(shù)字萬用表 4只 3) 四位半數(shù)字萬用表 1只4) 單相自耦調(diào)壓器 1個3.3 測試主要數(shù)據(jù)4.3.1 輸出電壓可調(diào)范圍(見下表)表4-1設(shè)定值實際輸出值30V30.01V31V31.0

9、0V32V31.99V33V33.00V34V33.99V35v35.00V36V36.01V3.3.2 輸出最大電流理論值：2A; 實測值: 2A3.3.3 電壓調(diào)整率設(shè)定值為36V:當U2=15V IO=2A 時: UO=35.96V; 當U2=18V IO=2A 時 UO=35.93V;當U2=21V IO=2A 時: UO=35.95V;可得電壓調(diào)整率0.23.3.4負載調(diào)整率當U2=18V IO=0A 設(shè)定值為36V時 UO=36.08V; 當U2=18V IO=2A 設(shè)定值為36時 UO=35.93V;可得負載調(diào)整率0.53.3.5 DC-DC變換器的效率當UIN=24V IIN=3.66A 時