大功率可調(diào)開(kāi)關(guān)電源

題目： 可調(diào)穩(wěn)壓器大功率可調(diào)開(kāi)關(guān)電源指導(dǎo)老師：陳德勝隊(duì)員及年級(jí)：羅國(guó)穎徐業(yè)劉勝玥張軍光王鳳華李飛（2007級(jí)）學(xué)校及院系：陜西理工學(xué)院物理系摘要本系統(tǒng)穩(wěn)壓與限流部分均用TL494控制，系統(tǒng)層次簡(jiǎn)潔明了，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且所采用電子元件均是常用的，市場(chǎng)上均有銷(xiāo)售，使電路實(shí)現(xiàn)更具有可行性。本系統(tǒng)電壓可調(diào)范圍0—33V，電流可調(diào)范圍0—5A，最大輸出功率120W，整機(jī)效率63.99%。主要適用于對(duì)輸出電流和輸出功率要求大，但對(duì)電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率不是很高的電子設(shè)備。由于采用了開(kāi)關(guān)式控制，為了提高效率，調(diào)整管就要用高頻開(kāi)關(guān)管。又因?yàn)檩敵鲭娏饕蟠螅晕覀儾捎脧?fù)合的方式。經(jīng)過(guò)考慮，我們采用了IRFP9240高頻開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管和2SC3320高頻開(kāi)關(guān)三極管復(fù)合而成。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，可調(diào)電壓部分我們采用了LM317作為可調(diào)基準(zhǔn)與TL494內(nèi)部的誤差放大器構(gòu)成誤差放大環(huán)節(jié)；可調(diào)電流部分，我們利用TL494內(nèi)部的控制比較放大器和其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓組成誤差放大環(huán)節(jié)，電路簡(jiǎn)單而性能優(yōu)越。在輸出電壓和電流顯示方面，我們采用高精度數(shù)字表頭；在散熱方面我們采用風(fēng)扇和金屬散熱板輔助。一、0V?+33V穩(wěn)壓電源1、方案選擇（1） 串聯(lián)式穩(wěn)壓電源方式我們首先想到的是用三端可調(diào)穩(wěn)壓器先提供穩(wěn)定電壓和小電流，再經(jīng)過(guò)三極管擴(kuò)流方式達(dá)到大功率輸出。且集成可調(diào)穩(wěn)壓器具備了各種保護(hù)功能，所以外圍電路就可簡(jiǎn)化。但由于本系統(tǒng)要求輸出電壓范圍較大，電流也大，這種方式的輸出電流與流過(guò)集成可調(diào)穩(wěn)壓器電流相同，當(dāng)輸入與輸出壓差太大時(shí)，集成可調(diào)穩(wěn)壓器的發(fā)熱量也相當(dāng)大，也降低了效率。若選此種方案，應(yīng)考慮采用換檔切換調(diào)壓方式，以減少輸入與輸出電壓差。但這樣未免增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，效率同樣難以達(dá)到理想效果。（2） 開(kāi)關(guān)電源方式這種方式的電源效率高，但一般紋波較大。而我們要求的重點(diǎn)是高效率，所以根據(jù)實(shí)際情況，綜上后，我們決定采用了方案（2）。經(jīng)過(guò)此選擇，開(kāi)關(guān)控制方式采用PWM，而控制IC采用TL494。電路結(jié)構(gòu)圖如下圖所示R限流電阻輸出R限流電阻輸出（電路結(jié)構(gòu)圖）2、分析與計(jì)算電路圖如下圖所示V20ison5Jkn時(shí)1L49447!^zmjKM1￡niF1mFR34.B7kO2W1500;2 118:H7SOJH工R5ison4f9ID*Q2IRF9240Lh431T|>53￥O5A*|1.(0("3.M317205111D0nFR1DV20ison5Jkn時(shí)1L49447!^zmjKM1￡niF1mFR34.B7kO2W1500;2 118:H7SOJH工R5ison4f9ID*Q2IRF9240Lh431T|>53￥O5A*|1.(0("3.M317205111D0nFR1D3KIR頃uIDOrfiQRT3Z.4kn:ME：R745^^Rn5WIi：：：on（電路圖）本電路由核心芯片TL494作控制的單端PWM降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開(kāi)關(guān)電源控制所需的全部功能。電路圖中匕與C3決定開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率。電阻ri2為限流保護(hù)電阻，其上的壓降接入控制比較放大器的同相輸入端，控制比較放大器的反相2輸入端通過(guò)5.1K電阻接到片內(nèi)基準(zhǔn)，然后再通過(guò)RP1和RP2兩電位器接地。其片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端（2腳）接可調(diào)三端穩(wěn)壓器的輸出端（2腳）:其同相輸入端（1腳）直接接輸出電壓的正極輸出端。（TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖）工作原理：在恒定頻率的PWM通斷中，控制開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)的控制信號(hào)是通過(guò)一個(gè)控制電壓U與鋸齒波信號(hào)相比較而產(chǎn)生的。控制電壓則是通過(guò)偏差獲得的。鋸齒波的峰值固CON定不變的，其重復(fù)頻率就是開(kāi)關(guān)的通斷頻率。在PWM控制中，這一頻率保持不變，本電路1.1.1.11.1頻率為f=r= __-―^牝35KHz。當(dāng)鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)c.R1000x10-12x32x103被選通，否則開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)后級(jí)反饋電壓高于LM317可調(diào)基準(zhǔn)（0?33V）時(shí)，片內(nèi)誤差放大器輸出電壓增加，將導(dǎo)致TL494內(nèi)T1和T2管導(dǎo)通時(shí)間減小，使輸出電壓下降到與基準(zhǔn)電壓基本相等，從而維持輸出電壓穩(wěn)定，反之亦然。可調(diào)穩(wěn)流部分的原理與其相同。

(1)整流濾波電路我們采用可承受大電流和耐高壓沖擊的BR104的橋堆進(jìn)行橋式整流，整流后經(jīng)LC濾波網(wǎng)輸出，其中電感是用可承受大電流環(huán)型電感，電感量為760uH，電容采用63v/10000uF的電解電容，這種濾波方式的特點(diǎn)是可抑制整流管的沖擊電流，R1的作用是釋放電容與電感所存儲(chǔ)的能量，以保護(hù)橋堆和調(diào)整管。整流濾波后V10=1.2X40v=48v。電源v20是TL494和LM317的專(zhuān)用電源；功率要求低，但穩(wěn)定度要求高，故V2整流濾波后經(jīng)LM317穩(wěn)壓輸出，況且LM317具有各種保護(hù)功能，為其提供一個(gè)良好而安全的電源環(huán)境，也簡(jiǎn)化了外圍電路。(2)采樣電阻計(jì)算因?yàn)閂2整流濾波后為42v，而v要求為38v，又v-1.25XR，即20 20 R2R3RxR3RxvW—2 201.25180x381.25=5.4K而實(shí)測(cè)R3取4.87K比較接近。對(duì)于可調(diào)基準(zhǔn)，其輸出電壓最高要求為33v，則33VR10+即3+RP4x1.25，令R=360Q，R=180。，R 10 99則算得RP3+RP4F.4k但經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)時(shí)3=500Q，RP4=2K已可滿(mǎn)足條件。這可能是由于電子元件的參數(shù)漂移引起的。由于LM317的最低輸出電壓為1.25v，所以為了使基準(zhǔn)能調(diào)到0v，設(shè)當(dāng)RP3+RP=0時(shí)，串入一個(gè)電阻Rx，使得LM317輸出電壓為5v，即Rx5v ?1.25，解得:Rx=720Q，R9但經(jīng)實(shí)測(cè)Rx取360Q已可滿(mǎn)足。然后用一個(gè)負(fù)端5v三端穩(wěn)壓管(7905)串在LM317的1腳，即可抵消，使LM317輸出為0v。（3）調(diào)整管參數(shù)的計(jì)算苴S匚二三二三:M口'I。=5A，則要求Ice>5A，設(shè)推動(dòng)管Q1的P=3，則Ib=/=1.7A,而TL494內(nèi)部驅(qū)動(dòng)管最大電流為500mA（并聯(lián)后），因此考慮用一個(gè)大功率高頻開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管與其復(fù)合。Q2的VGS（th）=—10v，IDS=—12A，R4為Q2的偏置電阻，R6為限流電阻。令R6=150。，則算得R4=47。。所以，此時(shí)對(duì)于R4上的功率:U2P1=T4^2.8wR4R6上的功率:U2P2^—R6Q10.0WR6又最大占空比門(mén)為50匕，所以R4采用p1'>nP1=1.4W，R6采用p'2>np2=5W的電阻。（4）儲(chǔ)能電感和回路二極管儲(chǔ)能電感用可承受大電流的鐵氧體高頻環(huán)型電感；回路二極管要用大功率硝特基高頻二極管。注意問(wèn)題：Q1、Q2開(kāi)關(guān)管和回路二極管都應(yīng)加裝散熱片，紋波抑制方面，我們?cè)诜€(wěn)壓電源輸出端并上大電容（10000uF），經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，在大功率輸出時(shí)紋波果然得到有效的抑制。數(shù)字電壓、電流表頭要另外用獨(dú)立電源供電，否則表頭工作不正常甚至燒壞。二：限流電源基本思想是把反饋信號(hào)和TL494內(nèi)部基準(zhǔn)電壓比較通過(guò)其內(nèi)部控制比較放大器把差值放大后去控制電流使其恒定。其中R12為限流電阻，取其為0.5。/5W，限定最大電流為5A，滿(mǎn)載時(shí)，VRi宜.1x5=0.5V，則在控制比較放大器反相輸入端的基準(zhǔn)電壓V=件"1 X5V，R8+RP+RP2令R8=5-1k，V'=0.5V，解得RP1+RP2-600。，所以取粗調(diào)為500。，微調(diào)為I00。。三：測(cè)試方法與過(guò)程⑴輸出電壓范圍測(cè)試調(diào)節(jié)RP3與RP4，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)出兩端的輸出電壓最小值為0V,最大值為36.6V。⑵最大電流測(cè)試將輸出電壓調(diào)至30V，輸出端短路，測(cè)得最大輸出電流為6.35A。⑶電壓調(diào)整率測(cè)試將調(diào)壓變壓器輸出端穩(wěn)壓電源輸入端，將穩(wěn)壓電源輸出電壓調(diào)至33V，調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器，使其輸出從165V至265V，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出端電壓，測(cè)得最大電壓變化量為0.05V，計(jì)算得電壓調(diào)整率為0.15%。⑷負(fù)載調(diào)整率測(cè)試空載時(shí)將輸出電壓調(diào)至30V，在負(fù)載端接入300Q/200W的變阻器，將變阻器從8□調(diào)至100Q，用數(shù)字萬(wàn)用表監(jiān)視輸出電壓的變化，測(cè)得最大電壓變化量0.4V，因此負(fù)載調(diào)整率為1.33%。⑸紋波電壓測(cè)試將電壓輸出調(diào)至30V，外接8Q大功率變阻器，將示波器置于AC/0.1V輸入檔，測(cè)得負(fù)載上紋波電壓為150mV。⑹效率測(cè)試將電壓輸出調(diào)至30V，外接8Q/200W變阻器，測(cè)得交流輸入電壓為235V，輸入電流為0.75A，輸出電壓為29.6V輸出電流是3.81A，所以整機(jī)效率門(mén)=(29.6x3.81)/(235x0.75)X100%Q63.99%。⑺過(guò)流保護(hù)功能測(cè)試(限流)將電壓調(diào)至30V，限流電位器旋到最大值(順時(shí)針?lè)较?，再將輸出端短路，測(cè)得電流6.35A，然后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電流從最大到零。說(shuō)明限流功能正常。四、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：通過(guò)這次比賽，我們更覺(jué)團(tuán)隊(duì)合作的重要性，隊(duì)員們都充分發(fā)揮自己的特長(zhǎng)。市場(chǎng)調(diào)查、資料收集、電路設(shè)計(jì)與制作、外觀設(shè)計(jì)等。各施其職，有條不紊。在實(shí)際制作過(guò)程中我們也發(fā)現(xiàn)了自己還有許多的不足。理論分析的很透徹了，但實(shí)際制作中還是遇到了