開關(guān)電源設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

...wd......wd......wd...開關(guān)電源的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告日期：2016年4月12日緒論開關(guān)電源是近年來應(yīng)用非常廣泛的一種新式電源，它具有體積小、重量輕、耗能低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在郵電通信、航空航天、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械、家用電器等領(lǐng)域應(yīng)用效果顯著。一、開關(guān)電源的概念和分類電源是將各種能源轉(zhuǎn)換成為用電設(shè)備所需電能的裝置，是所有靠電能工作的裝置的動(dòng)力源泉。1.開關(guān)電源的概念電是工業(yè)的動(dòng)力，是人類生活的源泉。電源是產(chǎn)生電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標(biāo)。我們用的電，一般都需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能適合使用的需求，例如交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換為小功率等。按照電子理論，所謂AC/DC就是交流轉(zhuǎn)換為直流；AC/AC稱為交流轉(zhuǎn)換為交流，即為改變頻率；DC/AC稱為逆變；DC/DC為直流變交流后再變直流。為了到達(dá)轉(zhuǎn)換的目的，電源變換的方法是多樣的。自20世紀(jì)60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進(jìn)展轉(zhuǎn)換。所以，但凡用半導(dǎo)體功率器件作開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫做開關(guān)變換電路。在轉(zhuǎn)換時(shí)，以自動(dòng)控制穩(wěn)定輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，稱為開關(guān)電源。開關(guān)電源在轉(zhuǎn)換過程中，用高頻變壓器隔離稱之為離線式開關(guān)變換器，常用的AC/DC變換器就是離線式變換器。開關(guān)電源通常由六大局部組成，如以下列圖。第一局部是輸入電路，它包含有低通濾波和一次整流環(huán)節(jié)。220V交流電直接經(jīng)低通濾波和橋式整流后得到未穩(wěn)壓的直流電壓Vi，此電壓送到第二局部進(jìn)展功率因數(shù)校正，其目的是提高功率因數(shù)，它的形式是保持輸入電流與輸入電壓同相。功率因數(shù)校正的方法有無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩種。所謂有源功率因數(shù)校正，是指電源在校正過程中常采用三極管和集成電路。開關(guān)電源電路常采用有源功率因數(shù)校正。第三局部是功率轉(zhuǎn)換，它是由電子開關(guān)和高頻方波脈沖電壓。第四局部是輸出電路，用于將高頻方波脈沖電壓經(jīng)整流濾波后變成直流電壓輸出。第五局部是控制電路，輸出電壓經(jīng)過分壓、采樣后于電路的基準(zhǔn)電壓進(jìn)展比較、放大。第六局部是頻率振蕩發(fā)生器，它產(chǎn)生一種高頻波段信號(hào)，該信號(hào)與控制信號(hào)疊加進(jìn)展脈寬調(diào)制，到達(dá)脈沖寬度可調(diào)。有了高頻振蕩才有電源變換，所以說開關(guān)電源的實(shí)質(zhì)是電源變換。2.開關(guān)電源的分類DC/DC變換類型是開關(guān)電源變換的基本類型，它通過控制開關(guān)通、斷時(shí)間的比例，用電抗器與電容器上蓄積的能量對開關(guān)波形進(jìn)展微分平滑處理，從而更有效地調(diào)整脈沖的寬度及頻率。從輸入、輸出有無變壓器隔離來說，DC/DC變換分為有變壓器隔離和沒有變壓器隔離兩類。每一類有6種拓?fù)?，即降壓式〔Buck〕、升壓式〔Boost〕、升壓—降壓式〔Buck-Boost〕、串聯(lián)式〔Cuk〕、并聯(lián)式〔Sepic〕以及賽達(dá)式〔Zata〕。按鼓勵(lì)方式分，有自激式和他激式兩種。自激式包括單管式和推挽式，他激式包括調(diào)頻式〔PWF〕、調(diào)寬式〔PWM〕、調(diào)幅式〔PAM〕和諧振式〔RSM〕4種，我們用得最多的是調(diào)寬式變換器。調(diào)寬式變換器有以下幾種：正激式、反激式、半橋式、全橋式、推挽式和阻塞式等6種。按諧振方式分，有串聯(lián)諧振式、并聯(lián)諧振式和串并聯(lián)諧振式；按能量傳遞方式分，有連續(xù)模式和不連續(xù)模式兩種。但凡以脈沖寬度來調(diào)制的電子開關(guān)變換器都叫PWM變換器。二、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(shí)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)的開展和創(chuàng)新，開關(guān)電源逐步向高頻化方向開展。高頻化使開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，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(hù)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(diǎn)，而被廣泛使用在各個(gè)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(shí)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?yàn)橹芷诤愣?，濾波電路的設(shè)計(jì)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所示，由隔離變壓器產(chǎn)生一個(gè)18V的交流，經(jīng)過整流濾波成一個(gè)直流，然后再進(jìn)展DC-DC變換，有PWM的驅(qū)動(dòng)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(gè)穩(wěn)定的電壓源，如以下列圖：三、實(shí)驗(yàn)電路圖1.啟動(dòng)電路2.PWM脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路3.電路輸出局部的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸出電路局部采用升壓式斬波電路。這一局部電路由電感、續(xù)流二級(jí)管、電容及負(fù)載電阻組成。升壓斬波電路的基本原理：開關(guān)管以UC3842設(shè)定的頻率周期開閉，使電感L儲(chǔ)存能量并釋放能量。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感以Vi／L的速度充電，把能量儲(chǔ)存在L中。當(dāng)開關(guān)截止時(shí)，L產(chǎn)生反向感應(yīng)電壓，通過二極管D把儲(chǔ)存的電能以(V0-Vi)／L的速度釋放到輸出電容器C2中。輸出電壓由傳遞的能量多少來控制，而傳遞能量的多少通過電感電流的峰值來控制。4.實(shí)驗(yàn)總電路圖電路圖由三局部組成：〔1〕啟動(dòng)電路，即降壓整流濾波電路，這局部主要是得到DC-DC的輸入電壓和為UC3842提供驅(qū)動(dòng)電壓。〔2〕PWM脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路，它的主體是一個(gè)UC3842芯片，以及它的外圍電路組成。用它的⑥腳的輸出脈沖控制MOS管的工作，并且它自帶保護(hù)腳③，簡單方便?！?〕輸出局部，它是由一個(gè)升壓直流斬波電路構(gòu)成，構(gòu)造原路簡單。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果〔波形〕6.PCB電路板制作過程及圖示1.先在AltiumDesigner下畫出實(shí)驗(yàn)圖。2.新建PCB并保存，將原理圖導(dǎo)入到PCB中。3.合理布局并敷銅4.3D模型實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)及總結(jié)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我知道了開關(guān)電源的概念、分類以