高频开关稳压电源的设计

高频开关稳压电源的设计
高频开关稳压电源的设计

电子设备离不开电源,电源供给电子设备所需要的能量,这就决定了电源在

电子设备中的重要性。电源的质量直接影响着电子设备的工作可靠性,所以电子设备对电源的要求日趋增高。

现有的电源主要由线性稳压电源和开关稳压电源两大类组成。这两类电源由于各自的特点而被广泛应用。线性稳压电源的优点是稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小。它的不足之处是要求采用工频变压器和滤波器,它们的重量和体积都很大,并且调整管的功耗较大,是电源的效率大大降低,一般情况均不会超过50%。但它的优良的输出特性,使其在对电源性能要求较高的场合仍得到广泛的应用。相对线性稳压电源来说,开关稳压电源的优点更能满足现代电子设备的要求,从20世纪中期开关电源问世以来,由于它的突出优点,使其在计算机、通信、航天、办公和家用电器等方面得到了广泛的应用,大有取代线性稳压电源之势。

本课题是设计一种基于SG3525 PWM控制芯片为核心构成的高频开关电源电

路。

关键词:高频开关稳压电源、SG3525、PWM

1高频开关稳压电源概述 (1)

1.1高频开关稳压电源简介 (1)

1.2高频开关稳压电源的发展状况 (2)

1.3高频开关稳压电源的基本原理 (3)

2设计任务与分析 (4)

2.1任务要求 (4)

2.2任务分析 (4)

3 系统设计方案 (5)

3.1系统总体方案设计 (5)

3.2功率变换器电路设计 (6)

3.2.1全桥功率变换器工作原理 (6)

3.2.2全桥功率变换器控制方式 (7)

3.3控制电路设计 (8)

3.3.1 SG3525结构和功能介绍 (8)

3.3.2控制电路的设计 (9)

3.4驱动电路设计 (10)

3.5辅助电源电路设计 (11)

3.6过流检测及保护电路设计 (13)

3.6.1电力电子器件的缓冲电路 (13)

3.6.2电力电子器件的保护电路 (13)

3.7整流器输出电路设计 (15)

小结与体会 (16)

附录 (18)

高频开关稳压电源的设计

1 高频开关稳压电源概述

1.1 高频开关稳压电源简介

电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域,没有它的存在,现代的各种电力设备和给我们生活带来方便的各种电器将不可能实现。有相当一部分设备和电器是使用直流电的,而接入家庭的是都是交流电,这就需要电源转换成所需的直流电。各种AC-DC电源中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻等突出优点,而得到了广泛应用。

开关稳压电源的主要优点有:

(1)效率高:电源按硬开关模式工作时开关损耗大,高频化可以缩小电源的体积重量,但开关的损耗更大了,为此研究开发出开关电压/电流波形不交叠的技术,即零电压(ZVS) /零电流(ZCS)软开关技术,有效的提高了开关电源的效率。最近国外小功率AC-DC开关电源模块(48/12V)总效率可达到88%;48/5VAC-DC 开关电源模块的效率可达到92-93%,二十世纪末,国产的50-100A输出,全桥移相ZV-ZCS-PWM开关电源模块的效率超过93%。

(2)可靠性和稳定性较好;

(3)体积小、重量轻:例如在九十年代中期30A/48V开关整流器模块采用移相全桥ZVS-PWM技术后,仅重7kg。比用PWM技术的同类产品,重量下降40%。

(4)对供电电网电压的波动不敏感,在电网电压波动较大的情况下,仍维持较稳定的输出。

高频稳压电源要求高功率密度,外型尺寸小,高效率,高可靠性,高功率因数,以及智能化,低成本,EMI小,分布电源结构等。现在功率MOSFET和IGBT 己完全取代功率晶体管和中小电流的晶闸管,使开关电源的高频化有了可能:器件的工作频率可达400KHz(AC-DC开关变换器)和1MHz(DC-DC开关变换器),超快恢复功率二极管和MOSFET同步整流技术的开发,也为研制高效,低电压输出

(U<3V)的开关电源创造了条件。

电流型控制及多环控制已得到较普遍应用,电荷控制,一周期控制,数字信号处理器(DSP)控制等技术的开发及相应专用集成控制芯片的研制,使电子电源动态性能有很大提高,电路也有大幅度简化。

电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域,在现代的各种电力设备中都得到里广泛的应用。特别是在小型及各种家用电器和电子设备中大量使用了各种AC/DC转化电路,其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻等突出优点而得到最为广泛的应用。

1.2 高频开关稳压电源的发展状况

(1)高频化

开关电源采用高频开关调制,容易实现功率等级密集化。理论分析和实践经验表明,电器产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。由于功率电子器件的工作频率上限逐步提高,促使许多原来传统设备高频化。

开关电源一般采用10kHz~100 kHz的高频调制,随着软开关技术的发展,工作频率还在不断提高。

(2)电源电路的模块化、集成化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。常见的的器件模块含有一单元、两单元、六单元直至更多单元器件。电源单元的模块化,使单个有限功率等级的电源可以采用均流技术、热拔插技术并联,既扩大了功率容量,满足了大电流输出的要求,又通过增加功率很小(相对整个系统来说)的冗余电源模块极大地提高了系统的可靠性。模块化电源出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供了充分的时间。

(3)绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是节电,其次这些电源要减少对电网及其他电器的污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列电磁兼容标准(EMC),如IEC555、IEC917、IEC1000等。我国电磁兼容问题已广泛受到政府、企业和消费者的关注,参照相关国际标准,制定了GB/T4365-1995等100多项电磁兼容国

家标准,EMC认证工作也于1999年正式开展。20世纪末,各种有源滤波器和功率因数补偿方案及专用芯片的生产,为21世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术在实际需要的推动下将快速发展,从而设计出性能更优良的开关电源。

1.3高频开关稳压电源的基本原理

高频开关稳压电源是需要直流电设备中常用的AC-DC转换电源,它的作用是把公网上的220v交流电转换成适用的直流电。公网上的工频交流电先整流滤波为固定直流,通过功率变换(高频逆变)得到20~50KHz的高频交流,然后再经高频整流与滤波,就得到所需的直流电。工频整流滤波由桥式电路实现,功率变换由PWM控制芯片按周期控制开关管的导通实现,高频整流与滤波由副边感应线圈、二极管和电容组成的LCD电路实现。

公网上的工频交流电可通过桥式电路整流滤波后初步转换成固定直流即图中的直流电源U 。由PWM控制芯片控制开关管Q 的导通与否。当开关管Q 导通时,忽略其饱和压降,电源电压U 加在主变原边,副边感应电压于二极管D 极性相反使二极管D 反偏截止,副边电路中无电流,直流电源U 供给的能量临时储存于主变原边电感中。当开关管Q 截止时,电感产生反压,为上负下正,同时在副边感应出电压,为上正下负与二极管D 极性相同使二极管D 导通,电容C 充电,同时给负载R 供电,主变原边储能转移到副边从而得到释放。当开关管Q 重新导通时,电容C 给负载R 供电,同时主变原边重新储能,如此反复电阻R 上就得到直流电。输出电压的大小由原副边匝比n、占空比d 和输入电压U 来决定。

2设计任务与分析

2.1 任务要求

初始条件:

设计高频开关稳压电源,主电路采用半桥或全桥变换器,电压:+12V,电流20A,功率300W。

要求完成的主要任务:

1. 系统总体方案设计。

2. 功率变换器电路设计。

3. 驱动电路(如SG3525)及辅助电源(如LM317)电路设计。

4. 过电流检测与保护电路设计。

5. 整流器输出电路设计。

2.2任务分析

本次能力拓展训练要求设计高频稳压电源,输出电压+12V,电流20A,功率300W。一般电压小于100V,选用全波整流输出。典型的由UC3824 构成的他激型反激开关电源常应用于低于100W 的场合,不适合本次设计。本次设计采用全桥变换器,采用SG3525 PWM控制芯片。

3 系统设计方案

3.1系统总体方案设计

高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路以及控制驱动保护电路3大部分组成。如图3.1为高频开关稳压电源的基本框图。

图3.1 高频开关稳压电源的基本框图

高频开关电源由以下几个部分组成:

一、主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程,包括:

1、输入滤波器:其作用是将电网存在的杂波过滤,同时也阻碍本机产生的杂

波反馈到公共电网。

2、整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电,以供下一级变换。

3、逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分,

频率越高,体积、重量与输出功率之比越小。

4、输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。

本设计方案的主电路采用单相交流输入,全桥变换的电路拓扑结构,逆变器主开关器件采用VMOSFET,开关频率去50kHz。

二、控制电路

一方面从输出端取样,经与设定标准进行比较,然后去控制逆变器,改变其频率或脉宽,达到输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对整机进行各种保护措施。

本设计方案的控制、驱动电路集成芯片为SG3525。

三、检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外,还提供各种显示仪表数据。

四、辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。

本设计的辅助电源采用LM317实现。

3.2 功率变换器电路设计

功率变换电路是开关电源的核心部分,针对整流以后不同的直流电压功率变换电路有多种不同的拓扑结构,本此设计采用的是全桥变换器拓扑结构。

3.2.1 全桥功率变换器工作原理

全桥变换器由四个晶闸管组成,相对于半桥而言,功率晶体管及其驱动装置相应的增加1倍,成本较高,但可用在要求功率较大的场合,有四个开关管组成两个桥臂。两个桥臂分别导通激励高频功率变压器,进行能量变换,但是存在开关管“直通”的危险。

全桥电路原理图如下图3.2所示。由四个功率开关器件V1~V4组成,变压器T 连接在四桥臂中间,相对的两只功率开关器件V1、V4和V2、V3分别交替导通或截止,使变压器T的次级有功率输出。当功率开关器件V1、V4导通时,另一对V2、V3则截止,这时V2和V3两端承受的电压为输入电压Uin在功率开关器件关断过程中产生的尖峰电压被二极管V5~V8箝位于输入电压Uin。

图3.2 全桥电路原理图

在全桥变换电路拓扑结构中,主变压器只需要一个原边绕组,通过正、反向的电压得到正、反向磁通,副边有一个中心抽头绕组采用全波整流输出。因此,变压器铁心和绕组的最佳利用,使效率、功率密度得到提高。功率开关在非常安全的情况下运作。在一般情况下,最大的反向电压不会超过电源电压,四个能量恢复二极管能消除一部分由漏感产生的瞬间电压。这样无须设置能量恢复绕组,反激能量便得到恢复利用。当然,全桥变换器需要功率元件较多。在导通的回路上,至少有两个管压降,因此功率损耗也比双晶体管推挽式变换器1 倍。但是在高压离线开关电源系统中,这些损耗还是可接受的。另外,能量恢复(再生)方式,由于有四个二极管,损耗略有增加。

3.2.2全桥功率变换器控制方式

全桥变换器本质上有三种基本的控制方式:双极性控制、有限双极性控制和移相控制。双极性控制方式控制电路简单,技术成熟,但开关器件通常工作在硬开关状态,开关管的电流和电压尖峰很高,需要很大的安全工作区;移相控制方式是国内外电源界研究的热门课题,但尚存在不足;有限双极性控制方式具有更多的优越性,是中、大功率应用场合的理想控制方式。本次设计选用有限双极性控制方式。

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3.3控制电路设计

控制电路的核心是根据反馈控制原理,将期望输出电压信号与实际输出电压信号进行比较,利用误差信号对功率开关器件的导通与关断比例进行调节,从而实现实际输出电压维持在期望输出电压附近的目标。本课题选用SG3525芯片做集成控制器。

3.3.1 SG3525结构和功能介绍

PWM控制芯片SG3525 具体的引脚图及内部结构如图3.3及图3.4所示。其中脚16为SG352的基准电压源输出,精度可以达到(5.1±1%)V,采用了温度补偿,而且设有过流保护电路。脚5、脚6、脚7 内有一个双门限比较器,内设电容充放电电路,加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1及脚2分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器,直流开环增益为70dB左右。根据系统的动态、静态特性要求,在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络。

图3.3 SG3525引脚图

图3.4 SG3525内部结构图

3.3.2控制电路的设计

控制电路是开关电源的核心部分,控制环节的好坏直接影响电路的整体性能,在这个电路中采用的是以SG3525芯片为核心的控制电路。如图3.5所示,采用恒频脉宽调制控制方式。误差放大器的输入信号是电压反馈信号,是由输出电压经分压电路获取,与普通误差放大器的接法不同的是该电压反馈接成射极跟随器形式,反馈信号比较精确,因而可以精确地控制占空比调节输出电压,提高了稳压精度。SG3525芯片振荡频率的设定范围为100~500kHz,芯片的脚5和脚7间串联一个电阻Rd 就可以在较大范围内调节死区时间。SG3525的振荡频率可表示为[2]:f s =1/(CT (0.7RT + 3Rd)) 式中: CT , RT 分别是与脚5、脚6 相连的振荡器的电容和电阻; Rd是与脚7相连的放电端电阻值。此处CT、RT、Rd

分别为图中的C53、R47、R48,取值分别为2200p、10k、100,即频率为62khz。管脚8接一个电容的作用是用来软启动,减少功率开关管的开机冲击。11和14脚输出采用图腾柱输出,本电路采用外加驱动隔离电路,增强了驱动能力和电源的可靠性。保护电路是开关电源中必不可少的补充,在这个电路中采用了输入过流保护、输出过流保护、过热保护等。输入过流保护是通过在原边主电路中串入小磁环,小磁环感应电压输出经过整流桥将电流信号转为电压信号(plp)经一个三极管接至软启动8脚,当原边电流大于设定值即plp高于0.7v时则将8脚电压拉低,关断3525的PWM的输出从而保护电路。

图3.5 控制电路

3.4 驱动电路设计

MOSFET 为电压控制型器件,驱动功率小,所以驱动电路也比较简单。驱动电路要求能够提供足够的栅极电压和栅极电容充电电流,并能泻放栅极电荷。驱动部分是连接控制部分和主电路的桥梁,能够提供适当的正向和反向输出电压,使IGBT 可靠的开通和关断,提供足够大的瞬态功率或瞬时电流,使IGBT 能迅速建立栅控电场而导通,并且尽可能小的输入输出延迟时间,以提高工作效率。当MOSFET 容量较大时,采用图3.6所示的驱动电路。该驱动电路结构简单,具有负压关断能力,且驱动功率大。

R3、R5为串联的栅极电阻,可以衰减由MOSFET输入电容和在栅-源电路中的任何串联引线电感所产生的高频寄生振荡,栅极-源极GS间并联一支5.1K-20K的电阻,可以提高MOSFET的耐压,dv/dt耐量和抗干扰能力。为了防止在栅极施加过电压,不论测试器件还是在电路中或者其他任何时刻,都要保证加在栅源之间的电压Vgs不超过额定最大值,所以在GS间并两只反串的稳压二极管1N4746,将Vgs 钳位至+-18V。

图3.6 驱动电路

3.5 辅助电源电路设计

辅助电源采用LM317构成,LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块,是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多:例如LM317HVH、W317L等。

稳压电源的输出电压可用下式计算,Vo=1.25(1+R2/R1)。仅仅从公式本身看,R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式,R1和R2的阻值是不能随意设定的。

首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V—37V(高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等,其输出电压变化范围是Vo=1.25V—45V),所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。

其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流,有的资料称为最小输出电流,也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同,其最小稳定工作电流也不相同,但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时,317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时,317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时,没有注意317稳压块的最小稳定工作电流,那么稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。

因此,在本次设计中,SG3525和EXB841均需要可工作在20V电压环境下,所以设置Uo 为20V,取电阻R1=200Ω,电容C1、C2可分别去典型值0.1uF和1uF,由上式可得R=(Vo/1.25?1)R1 =(20/1.25?1)×200 = 3KΩ。

在应用中,为了电路的稳定工作,在一般情况下,还需要接二极管作为保护电路,防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。LM317构成的辅助电源如图3.7所示

图3.7 LM317 辅助电源电路图

3.6过流检测及保护电路设计

3.6.1电力电子器件的缓冲电路

用于电能变换的电力半导体器件绝大多数工作在开关工作模式,开关损耗是影响其正常运行的重要因素。在硬开关工作方式下,增加缓冲电路是正确使用器件的有效措施,其主要作用是:抑制开关器件的/du dt 、/di dt ,改变开关轨迹,减少开关损耗,使之工作在安全工作区内。

由于缓冲电路对自关断器件的安全运行起着至关重要的作用,因此人们研究了多种缓冲电路。开关器件在开通时,缓冲电路电感中储存有磁能,而开关器件关断时,关断缓冲电路中电容储存有电能,这些能量都以热的形式消耗在缓冲电路的电阻上。

在普通晶闸管的应用中,通常选用无极性缓冲电路。在晶闸管回路中串入电感以抑制关断时瞬时过电压,并且防止因/du dt 过大而引起的误触发。采用GTO 、BJT 、IGBT 等自关断器件时,由于它们的工作频率比SCR 高得多,因此有必要采用有极性缓冲电路,以便加快电容或者电感的抑制作用。

应该指出,耗能式缓冲电路能够减小开关器件的开关损耗,是因为把开关损耗从器件本身转移至缓冲器内,然后再消耗在电阻上,也就是说,开关器件的损耗减少了,安全运行得到了保证,但总的开关损耗并不一定减少。

为了回收这部分能量,人们还研究出了各种馈能式缓冲电路,以减少实际的电能损耗。但是由于整机体积的限制和附加元件的成本问题,使馈能式缓冲器推广应用受到了很大的限制。

3.6.2 电力电子器件的保护电路

电力电子器件均有安全工作区的限制,也就是说都有电流、电压和瞬时功耗的极限值。尽管在设计时会合理选择器件,但一些不可预见的故障会威胁到器件的安全,所以必须采取保护措施,主要包括:

(1)过电流保护:为了防止桥臂中两个开关器件直通,通常对两个开关器件的驱动信号进行互锁并设置死区。由于负载短路、元器件损坏等原因,电力电

子装置会出现过电流或短路故障,应该在过载及短路时对装置进行保护。

(2)电流信号的检测:电流检测信号用于反馈控制及保护环节,要求取样可靠、准确。电流信号的检测与传送对电力电子装置是一个很重要的环节。电流信号检测的关键是正确选择和使用检测元件。根据响应速度的快慢,电流检测元件可分为慢速型电流检测元件和快速型电流检测元件。

(3)输出过压保护:如果装置反馈环节出现问题,输出电压可能过高,影响负载的安全,此时应该采取封锁驱动信号的保护措施;但负载突变往往也会引起输出端电压短时变化,为了不出现误保护,过压保护一般应具有反延时特性,即过压越多,保护延时越短,反之则较长。反延时的保护思想也适用于过流等保护。输出过电压检测应该设置在输出端,输出是交流电压时可使用电压互感器(变压器)检测;输出是直流电压则可采用电阻分压或电压霍尔取样。

(4)输入瞬态电压抑制:交流电网上使用的用电设备由于受电磁感应、雷电天气的影响,常常会遭受瞬态高压的袭击,尤其在强烈的雷电发生时电网上瞬时产生数千伏高压是常有的事,其时间虽短,但它携带的能量足以在瞬间内损坏开关电源中的电子器件。应付这种瞬态电压的方法很多,一种简单的方法是在交流线路间放置金属氧化物压敏电阻MOV,这种器件是一种可变电阻,当瞬态电压出现时,其阻值迅速地下降到最低值,将输入电压限制在安全范围内,让瞬态能量消耗在电阻体内。选择这种器件必须遵守两条原则:一是MOV器件的额定电压应大于电源稳态最大工作电压的20%左右;二是应计算或估算电路可能遇到的瞬时冲击能量的大小以确定MOV器件吸收瞬态冲击电流的额定值,然后根据器件制造商提供的产品说明书选择合适的器件。

(5)输入欠压保护:如果输入电压过低,开关器件的工作电流将过大,可能超过其最大电流值而烧坏。如果蓄电池过低压供电,放电电流必然过大,可能造成蓄电池永久损坏。因此对有些装置需要设置欠压保护电路。

(6)过温保护:如果装置内部温度过高,可能是散热系统发生故障,也可能是严重过载,这样会威胁开关器件的安全,应该采取封锁驱动信号等保护措施。温度检测可以采用不同温度等级的常开或常闭温度开关。例如,70度的常闭温度开关是指:开关一般情况下闭合,温度达到或超过70度开关就断开。

(7)器件控制极保护:电力电子装置中所用的主开关器件以电压型开关器

件占主导地位,它们的控制特性好,驱动功率小,但控制极比电流型开关器件容易损坏,应该注意控制极的保护。此外,开关管控制极的状态会影响器件的耐压水平。如BJT的基极反偏的集-射极击穿电压比基极开路时大的多。因此,开关管断态时,控制极最好加上反偏压。

(8)自锁式保护电路:如果在电路发生故障时,封锁驱动信号,故障消失后,立即放开驱动信号,不一定能够对装置起到保护作用。因为封锁了驱动信号,装置就停止运行,检测到的信号反映不出故障,装置可能会反复起、停,因此,对于短路等严重故障,应该采用自锁式保护电路。

保护电路的类型和控制方法比较多,应根据装置的特点和用户要求设计。3.7整流器输出电路设计

全波整流、倍流整流、全桥整流是输出变换器中常用的几种副边整流电路。根据三种电路各自不同的特点,通常在输出电压较低的情况下(<100V)采用全波整流电路比较合适,而在高压输出的情况下,应采用全桥型整流电路。在输出电压非常低(<5V)的情况下,可以采用倍流整流电路。根据技术指标,采用全波整流电路,该电路由两个二极管构成,流过每个二极管的平均电等于电感电流平均值的一半。假设二极管的通态压降为Ud,每个二极管的通态损耗为Pdon=D ×Ud×Il/2。

全波整流电路的电路图如图3.8所示。全波整流电路,可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头,把次组线圈分成两个对称的绕组,从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a、e2b,构成e2a、D1、Rfz与e2b、D2、Rfz,两个通电回路。

图3.8 全波整流电路电路图

小结与体会

通过本次课程设计,我对高频开关稳压电源有了更进一步的了解,首先通过查找SG3525和电路范例的过程扩展了自己的视野;其次, 这次课程设计,我独立运用所学电力电子知识完成了系统设计。为了完成好这个课程设计,我查阅了大量关于开关电源方面的书籍及相关论文。通过做这些工作锻炼了我知识总结的能力,增强了我应用电力电子知识解决实际问题的能力,更提高了自己分析问题和解决问题的能力;第三, 通过这次课程设计,让我进一步理解了设计工作,加强了对产品安全和保护的了解。提高了我的实践与操作能力。虽然设计的过程是艰辛的,但收获更加丰富。

要实现题目要求的功能,我必须全心地投入其中,养成一种敢于钻研的习惯。此时我更加体会到了多看专业书的重要性,课本上的知识远远不能满足实际设计的要求,课本着重于原理的分析,而实际设计却要求各种参数的计算。在本次设计中,我查阅了大量专业期刊,并与同学相互探讨设计中遇到的各种问题,最终完成设计。另外,在使用protel软件绘制电路图的过程中,我学到了很多实用的技巧,这也为以后的工作打下了很好的基础。

通过这次课程设计,我充分锻炼了自己的查阅资料能力、设计能力、解决问题的能力。要想真正提高自己的能力,不能只局限于课本,要学习各方面的知识,要多从实践中总结经验,从而达到理论与实践的相互融合。

参考文献

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[2]曲学基、王增福、曲敬铠,新编高频开关稳压电源,电子工业出版社,2005年11月

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[4]张占松、蔡宣三,开关电源的原理与设计,电子工业出版社,2002年5月

[5]陈坚,电力电子学(第二版),高等教育出版社,2004年

附录总电路图:

直流稳压电源电路的设计实验报告

直流稳压电源电路的设计实验报告 一、实验目的 1、了解直流稳压电源的工作原理。 2、设计直流稳压电路,要求输入电压:220V市电,50Hz,用单变压器设计并制作能够输出一组固定+15V输出直流电压和一组+1.2V~+12V连续可调的直流稳压电源电路,两组输出电流分别I O≥500mA。 3、了解掌握Proteus软件的基本操作与应用。 二、实验线路及原理 1、实验原理 (1)直流稳压电源 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成,基本框图如下: 图2-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换 其中: 1)电源变压器:是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定,变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n,式中n是变压器的效率。 2)整流电路:利用单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。 3)滤波电路:可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。滤波电路滤除较大的波纹成分,输出波纹较小的直流电压U1。 4)稳压电路:其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化,会引起其电流有较大变化这一特点,通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。 (2)整流电路 常采用二极管单相全波整流电路,电路如图2-2所示。在u2的正半周内,二极管D1、D2导通,D3、D4截止;u2的负半周内,D3、D4导通,D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL,且方向是一致的。电路的输出波形如图2-3所示。 t

高频开关电源的设计与实现

电力电子技术课程设计报告 题目高频开关稳压电源 专业电气工程及其自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师 2016年春季学期 起止时间:2016年6月25日至2016年6月27日

设计任务书11 高频开关稳压电源设计√ 一、设计任务 根据电源参数要求设计一个高频直流开关稳压电源。 二、设计条件与指标 1.电源:电压额定值220±10%,频率:50Hz; 2. 输出:稳压电源功率Po=1000W,电压Uo=50V; 开关频率:100KHz 3.电源输出保持时间td=10ms(电压从280V下降到250V); 三、设计要求 1.分析题目要求,提出2~3种电路结构,比较并确定主电路 结构和控制方案; 2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图,并设置必要的 保护电路; 3.参数计算,选择主电路及保护电路元件参数; 4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化; 5.撰写课程设计报告。 四、参考文献 1.王兆安,《电力电子技术》,机械工业出版社; 2.林渭勋等,《电力电子设备设计和应用手册》; 3.张占松、蔡宣三,《开关电源的原理与设计》,电子工业 出版社。

目录 一、总体设计 (1) 1.主电路的选型(方案设计) (1) 2.控制电路设计 (4) 3.总体实现框架 (4) 二、主要参数及电路设计 (5) 1.主电路参数设计 (5) 2.控制电路参数设计 (7) 3.保护电路的设计以及参数整定 (8) 4.过压和欠压保护 (8) 三、仿真验证(设计测试方案、存在的问题及解决方法) (9) 1、主电路测试 (9) 2、驱动电路测试 (10) 3、保护电路测试 (10) 四、小结 (11) 参考文献 (11)

开关稳压电源设计说明书

开关稳压电源设计说明书 学生姓名: 学号: 专业班级:物电学院电子2班报告提交日期: 2014年5月20日 湖南理工学院物电学院

目录 一、设计任务及要求 (2) 1、设计任务 (2) 2、设计要求 (2) 二、基本原理与分析 (2) 三、方案设计 (5) 1、开关器件的选择 (5) 2、参数的设定 (5) 四、电路设计 (5) 1、电路整体设计 (5) 2、电路工作原理 (5) 五、总结 (7) 六、参考文献 (7)

一、设计任务及要求 1、设计任务 设计一手机开关型电池充电器,满足: (1)开关电源型充电; (2)输入电压220V,输出直流电压自定; (3)恒流恒压; (4)最大输出电流为:I max=1.0 A; 2、设计要求 (1)合理选择开关器件; (2)完成全电路理论设计、绘制电路图; (3)撰写设计报告。 二、基本原理与分析 随着电子技术和集成电路的飞速发展,开关稳压电源的类型越来越多,分类方法也各不相同,如果按照开关管与负载的连接方式分类,开关电源可以分为串联型、并联型和变压器耦合(并联)型3种类型。下面分别对这三种类型的开关电源做一些简单的介绍。 (1)串联型。 图1所示的开关电源是串联型开关电源,其特点是开关调整管VT与负载R L串联。因此,开关管和续流二极管的耐压要求较低。且滤波电容在开关管导通和截止时均有电流,故滤波性能好,输出电压U0的纹波系数小,要求储能电感铁心截面积也较小。其缺点是:输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器,即所谓“热地盘”,不够安全;若开关管部短路,则全部输入直流电压直接加到负载上,会引起负载过压或过流,损坏元件。因此,输出端一般需加稳压管加以保护。 根据稳压条件可得:(U i-U0)T1/L=U0T2/L 即 U0=U1T1/(T1+T2)=(T1/T)U i,σ=T1/T 由上式可见,可以通过控制开关管激励脉冲的占空比σ来调整开关电源的输出电压U0。

开关稳压电源设计报告

开关稳压电源设计报告 成员名字:方愿岭段洁斐梅二召 摘要:为提高电源的利用效率和缩小设计电源的尺寸,本文介绍一种含有MC3406集成芯片的开关稳压电源,并对成芯片内部结构和外部电路作简要介绍,最终给出一个完整的开关稳压电路设计电路并对电路作具体论证最终完成开关稳压电源的实物制作。 A switching power supply design report Abstract:In order to improve the efficiency in the use of the power supply and reduce the size of the power source design, this paper introduces a kind of contains MC34063 integrated chips of a switching power supply, and the integrated chip internal structure and external circuit is briefly introduced, finally give a complete a switching circuit design circuit to make concrete demonstration and circuit switching power supply finally complete the making of objects. 关键词:开关稳压电源;整流滤波电路;PWM控制电路;MC34063 引言 电源是各种电子设备的核心,因此电源的优劣直接关系到电子设计的好坏。另外电子设计者不得不考虑的一个问题就是效率问题,所

600W半桥型开关稳压电源设计

600W半桥型开关稳压电源设计 600W半桥型开关稳压电源设计 摘要 本次设计主要是设计一个600W半桥型开关稳压电源,从而为负载供 电。 电源是各种电子设备不可或缺的组成部分,其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源本身消耗的能量低,电源效率比普通线性稳压电源提高一倍,被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。它的效率可达85%以上,稳压范围宽,除此之外,还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点,是一种较理想的稳压电源。本文介绍了一种采用半桥电路的开关电源,其输入电压为单相170 ~ 260V,输出电压为直流12V恒定,最大电流50A。从主电路的原理与主电路图的设计、控制电路器件的选取、保护电路方案的确定以及计算机仿真图形的绘制与波形分析等方面的研究。 关键词:半桥变换器;功率MOS管;脉宽调制;稳压电源; 第1章绪论1.1 电力电子技术概况 电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电

力领域的电子技术,它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。目前所用的电力电子器件采用半导体制成,故称电力半导体器件。信息电子技术主要用于信息处理,而电力电子技术则主要用于电力变换。电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心,伴随变换技术和 控制技术的发展而发展的。 电力电子技术可以理解为功率强大,可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术,它与传统的电子技术相比,其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压,而且要考虑在大功率情况下,器件发热、运行效率的问题。为了解决发热和效率问题,对于大功率的电子电路,器件的运行都采用开关方式。这种开关运行方式就是电力电 子器件运行的特点。 电力电子学这一名词是20世纪60年代出现的,“电力电子学”和“电力电子技术”在内容上并没有很大的不同,只是分别从学术和工程技术这2个不同角度来称呼。电力电子学可以用图1的倒三角形来描述,可以认为电力电子学由电力学、电子学和控制理论这3个学科交叉而形成 的。这一观点被全世界普遍接受。 电力电子技术与电子学的关系是显而易见的。电子学可分为电子器件和电子电路两大部分,它们分别与电力电子器件和电力电子电路相对应。从电子和电力电子的器件制造技术上进两者同根同源,从两种电路的分析方法上讲也是一致的,只是两者应用的目的不同,前者用于电力变换, 后者用于信息处理。

直流稳压电源设计实验报告(模电)

直流稳压电源的设计实验报告 一、实验目的 1.学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源 2.掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测量方法 二、实验任务 利用7812、7912设计一个输出±12V 、1A 的直流稳压电源; 三、实验要求 1)画出系统电路图,并画出变压器输出、滤波电路输出及稳压输出的电压波形; 2)输入工频220V 交流电的情况下,确定变压器变比; 3)在满载情况下选择滤波电容的大小(取5倍工频半周期); 4)求滤波电路的输出电压; 5)说明三端稳压器输入、输出端电容的作用及选取的容值。 四、实验原理 1.直流电源的基本组成 变压器:将220V 的电网电压转化成所需要的交流电压。 整流电路:利用二极管的单向导电性,将正负交替的交流电压变换成单一方向的直流脉动电压。 滤波电路:将脉动电压中的文波成分滤掉,使输出为比较平滑的直流电压。 稳压电路:使输出的电压保持稳定。 4.2 变压模块 变压器:将220V 的电网电压转化成所需要的交流电压。 4.2 整流桥模块 整流电路的任务是将交流电变换为直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用,因此二极管是构成整流电路的关键元件。管D 1~D 4接成电桥的形式,故有桥式整流电路之称。 由上面的电路图,可以得出输出电压平均值:2)(9.0U U AV o ≈ ,由此可以得V U 152=即可 即变压器副边电压的有效值为15V 计算匝数比为 220/15=15 2.器件选择的一般原则 选择整流器 流过二极管的的平均电流: I D =1/2 I L 在此实验设计中I L 的大小大约为1A 反向电压的最大值:Urm=2U 2 选择二极管时为了安全起见,选择二极管的最大整流电路I DF 应大于流过二极

开关可调稳压电源的设计与制作

开关可调稳压电源的设计与制作 设计思想: 交直流转换,稳压:变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)变压器由铁芯(或磁芯)和线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。变压器利用电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器输送的电能的多少由用电器的功率决定. 将 220V 交流电压首先通过隔离变压器降压为 18V 的交流电压,隔离变压器的主要作用是:使一次侧与二次侧的电气完全绝缘,也使该回路隔离。另外,利用其铁芯的高频损耗大的特点,从而抑制高频杂波传入控制回路。用隔离变压器使二次对地悬浮,只能用在供电范围较小、线路较短的场合,此时,系统的对地电容电流小得不足以对人身造成伤害。还有一个很重要的作用就是保护人身安全。足以对人身造成伤害。隔离危险电压.18V 交流电压经过滤波二极管和电容 C2 进行滤波,经过lm7818 输出稳定的 18V 电压,电容 C1C3 是为了滤掉直流电压的毛刺,使其输出稳定 设计方案: 方案中使用隔离变压器提高抗电磁干扰能力,使用脉宽调制电路控制电压输出,采用 DC-DC 变换器,提高电源效率。 设计原理图如下: 电路原理图如下:

电路仿真结果如下: 各元器件与模块: N7818 稳压芯片介绍: 共有三种外形封装形式,,管脚 1 是电压输入脚,2 是接地脚,3 是稳定电压输出脚,用于稳压,原件如图所示: DC—DC 升压模块,DC-DC 升压变换器的工作原理:DC-DC 功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分,可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的 DC-DC 变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种;隔离型的 DC-DC 变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等

开关稳压电源电路设计及应用

摘要:在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进行比较的基础上,简单介绍了LM2576的特性,给出了基本开关稳压电源、工作模式可控的开关稳压电源和开关与线性结合式稳压电路的设计方案及元器件参数的计算方法。 关键词:LM2576 电源设计 MCU 嵌入式控制系统的MCU一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠工作。而设计者多习惯采用线性稳压器件(如78xx系列三端稳压器件)作为电压调节和稳压器件来将较高的直流电压转变M CU所需的工作电压。这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会大的“热损失”(其值为V压降×I负荷),其工作效率仅为30%~50%[1]。加之工作在高粉尘等恶劣环境下往往将嵌入式工业控制系统置于密闭容器内的聚集也加剧了MCU的恶劣工况,从而使嵌入式控制系统的稳定性能变得更差。 而开关电源调节器件则以完全导通或关断的方式工作。因此,工作时要么是大电流流过低导通电压的开关管、要么是完全截止无电流流过。因此,开关稳压电源的功耗极低,其平均工作效率可达70%~90%[1]。在相同电压降的条件下,开关电源调节器件与线性稳压器件相比具有少得多的“热损失”。因此,开关稳压电源可大大减少散热片体积和PCB板的面积,甚至在大多数情况

下不需要加装散热片,从而减少了对MCU工作环境的有害影响。 采用开关稳压电源来替代线性稳压电源作为MCU电源的另一个优势是:开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。此外,由于开关稳压电源“热损失”的减少,设计时还可提高稳压电源的输入电压,这有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。 LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件(如78xx 系列端稳压集成电路)的替代品,它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力,从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。 一、LM2576简介 LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路,它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V),并具有完善的保护电路,包括电流限制及热关断电路等,利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2576系列包括LM2576(最高输入电压40V)及LM257 6HV(最高输入电压60V)二个系列。各系列产品均提供有3.3

稳压电源设计报告1

全国大学生电子设计大赛 稳 压 电 源 设 计 报 告

稳压电源 摘要: 本稳压电源,由变压器次级绕组接入,通过桥式整流和电容滤波,经过 LM7812、LM7912稳压,形成典型的双电源稳压电路,输出±12V 100mA电流。桥式整流后的电压,经过LM2576降压后,输出+5V电压,给后一级的LDO稳压电路供电,AS1117在满载(800mA)时,压差仅1.2V。用+5V供电,可以保证其工作在线性状态,3.3V输出稳定。 关键字: LM7812、LM7912、LM2576、AS1117 Abstract: The regulated power supply, the transformer secondary windings access, through the bridge rectifier and capacitor filter, through the LM7812, LM7912 voltage regulator, the formation of double power supply circuit, the output current of the 100mA + 12V. After the bridge rectifier voltage, through the LM2576 step-down, output +5V voltage, LDO voltage regulator circuit power level to, AS1117 at full load (800mA), pressure difference is only 1.2V. With +5V power supply, can ensure that the work in the linear state, the 3.3V output stability. Keywords: LM7812、LM7912、LM2576、AS1117

直流稳压电源设计实验报告

电气工程系电子信息工程技术专业 题目:直流稳压电源设计 学生姓名:刘现华班号:电信一班学号: 100222101013 指导教师:

一、设计题目 题目:直流稳压电源设计 二、设计任务: 设计并制作用晶体管、电阻器、电容组成的直流稳压电源。 指标:1、输入电压: 2、输出电压:3- 6V、6-9V、9-12V三档直流电压; 3、输出电流:最大电流为1A; 4、保护电路:过流保护、短路保护。 三、理电路和程序设计: 一电路原理方框图: 图1.1 四、原理说明: (1)选用集成稳压器构成的稳压电路, 选用可调三端稳压器LM317,其特性参数V o=(1.2V~37V),Iomax=1.5A,最大输入、输出电压差(Vi-V o)max=40V。符合本任务的基本要求。

(2)选电源变压器 集成稳压电源的输出电压V o即是此电路的输出电压。稳压器的最大允许电流ICM〈Iomax,输入电压根据公式 V omax+(Vi-V o)min≤Vi≤V omin+(Vi-V o)max可求出其范围为12V≤Vi ≤43V。故副边电压取V2=12V,副边电流取I2=1A变压器的副边输出功率为P2≥V2 I2 =12W,由下表可得变压器的效率为0.7。则原边输入功率P1>P2/η=17W。为留有余地,选取功率为20W的变压器。 图1.2 (3)选整流二极管及波电容 整流二极管D选IN4001,其极限参数为VRM≥50V,IF=1A,满足要求。滤波电容C可由纹波电压△V op-p和稳压系数来确定。由式Vi=△V op-pVi /V oSv得△Vi =2.2V,由式C=Ict/△Vi=Iomaxt/△Vi 得C=3636μF。电容C的耐压应大于17V,故取2只2200μF/25V的电容相并联。 (4)电阻RP1的取值 由式V o=(1+Rp1/R1)1.25,取R1=240Ω,则RP1=336Ω时输出电压为3V,RP1=1.49Ω时输出电压为9V ,故取4.7KΩ精密线绕可调电位器。当RP1阻值调至最小端时输出电压为1.25V,当阻值大于1.5KΩ后输出电压不会继续增大,使用Multisim9仿真时为13V,但实际测试时为10V

直流稳压电源课程设计报告(1)

模拟电路课程设计报告设计课题:直流稳压电源的设计班级:电子1101 学号: 姓名:刘广强 指导老师:董姣姣 完成日期:2012年6月19

目录 一、设计任务及要求 (3) 二、总体设计思路 (3) 1.直流稳压电源设计思路 (3) 2.直流稳压电源原理 (3) 3、滤波电路——电容滤波电路 (5) 4、稳压电路 (7) 5、设计的电路原理图 (8) 三、.设计方法简介 (8) 四、软件仿真结果及分析 (10) 五、课程设计报告总结 (12) 六、参考文献 (13)

一、设计任务及要求 1、设计一个连续可调的直流稳压电源,主要技术指标要求: ①输出直流电压:U0=9→12v; ②纹波电压:Up-p<5mV; ③稳压系数:S V≤5% (最大的波动不能超过5%) 2、设计电路结构,选择电路元件,计算确定元件参数,画出实用原理电路图。 3、自拟实验方法、步骤及数据表格,提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 4、在实验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图,并仿真和调试,并测试其主要性能参数。 二、总体设计思路 1.直流稳压电源设计思路 (1)电网供电电压交流220V(有效值)50Hz,要获得低压直流输出,首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 (2)降压后的交流电压,通过整流电路变成单向直流电,但其幅度变化大(即脉动大)。 (3)脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑,脉动小的直流电,即将交流成份滤掉,保留其直流成份。 (4)滤波后的直流电压,再通过稳压电路稳压,便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出,供给电压表。 2.直流稳压电源原理 1、直流稳压电源 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 直流稳压电源方框图

开关稳压电源设计

开关电源的设计 同组参与者:李方舟、周恒、张涛开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和 调频试两种,实际应用中,而调宽式应用的较多,在 目前开发和使用的开关电源集成电路中,绝大多数也 为脉宽调制(PWM)型。 开关稳压电源具有效率高,输出功率大,输入电 压变化范围宽,节约能耗等优点。 开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开 通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压; 通常有三种方式:脉冲宽度调制(PWM),脉冲频率 调制(PFM)和混合调制。PWM调制是指开关周期 恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式,因为 周期恒定,滤波电路的设计比较简单,也是应用能够 最广泛的调制方式。开关稳压电源的主要结构框架如 图1-1所示,有隔离变压器产生一个15-18V的交流电 压,在经过整流滤波电路,将交流电变成直流电,然 后再经过DC—DC变换,由PWM的驱动电路去控 制开关管的导通和截止,从而产生一个稳定的电压源, 如图1-1所示;

图1-1 一开关转换电路 1:滤波电路 输入滤波电路具有双向隔离作用,它可以抑制交流电网输入的干扰信号,同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。如图1-2所示滤波电路中C1用以滤除直流份量中的交流成分,隔离电容应选用高频特性较好的碳膜电容,电阻R给电容提供放电回路,避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性,C2、C3跨接在输出端,能有效地抑制共模干扰,为了减小漏电流C2、C3宜选用陶瓷电容器. 图1-2 2.电压保护电路 如图1-3所示为输出过压保护电路。稳压管VS的

击穿电压稍大于输出电压额定值,输出电压正常时,VS不导通,晶闸管VS的门极电压为零,不导通,当输出过压时,VS击穿,VS受触发导通,使光电耦合器输出三极管电流增大,通过UC3842控制开关管关断。 图1-3 输出过压保护电路 3.电压反馈电路 电压反馈电路如图1-4所示。输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到的1脚,调节R1 R2的分压比可设定和调节输出电压,达到较高的稳压精度。如果输出电压U0升高,集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流在增大,UC3842的输出脉宽相应变窄,输出电压U0变小,同样,如果输出电压U0减小,可通过反馈调节使之升高。

直流稳压电源课程设计报告.

直流稳压电源课程设计报告 设计任务及要求 1.设计任务 设计一直流稳压电源,满足: (1)当输入电压在220V交流时,输出直流电压为6-9V; (2)输出纹波电压不于5mv (3),稳压系数<=0.01; (4)具有短路保护功能; (5)最大输出电流为:Imax=0.8A 2.要求通过设计学会; (1)如何选择变压器、整流二极管、滤波电容及调整三极管或集成稳压块;(2)合理选择电路结构,并完成全电路元器件参数设计、绘制电路图;(3)短路保护实现方法 (4)掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法 (5)撰写设计报告。 3.设计注意: (1)电源变压器、整流二极管、滤波电容、调整三极管或集成稳压块等元件只做选择性设计; (2)完成全电路元器件参数设计、绘制出整体电路图; (3)撰写设计报告要符合下列格式并按时上交,逾期将延与下届。 一、书写要求 二、上交时间要求 上交书面及电子稿发至邮箱:

撰写设计报告格式:(仅供参考,不要全部抄龚) 见附录一 集成直流稳压电源的设计与制作 姓名 1 绪言 随着半导体工艺的发展,稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小,外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点,因此在各种电子设备中应用十分普遍,基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多,应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说,通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中,又以三端式稳压器应用最为广泛。 2 设计要求

1.初始条件: (1)集成稳压器选用LM317与LM337或其他芯片,性能参数和引脚排列请查阅集成稳压器手册。 (2)电源变压器为双15V/25W。 (3)其参考电路之一如图1所示 图1 ±1.25V-±15V连续可调直流稳压器参考电路原理图 2.主要性能指标:(1)输出电压Vo:±1.25 - ±12V连续可调。 (2)最大输出电流Iomax=800mA (3)纹波电压ΔVop-p≤5mV (4)稳压系数Sv≥3X10-3 3.设计要求:(1)依据已知设计条件确定电路形式。 (2)计算电源变压器的效率和功率。 (3)选择整流二极管及计算滤波电容 (4)安装调试与测量电路性能,画出实际电路原理图。 (5)按规定的格式,写出课程设计报告。 3 总体设计思路 在本次课程设计中我准备采用串联型稳压电路,集成稳压器选用LM317与LM337,电源变压器选用双15V/25W。 由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时,滤波电路输出的直流电压U I会随着变化。因此,为了维持输出电压U I稳定不变,还需加一级稳压电路。

高频开关稳压电源的设计

电子设备离不开电源,电源供给电子设备所需要的能量,这就决定了电源在 电子设备中的重要性。电源的质量直接影响着电子设备的工作可靠性,所以电子设备对电源的要求日趋增高。 现有的电源主要由线性稳压电源和开关稳压电源两大类组成。这两类电源由于各自的特点而被广泛应用。线性稳压电源的优点是稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小。它的不足之处是要求采用工频变压器和滤波器,它们的重量和体积都很大,并且调整管的功耗较大,是电源的效率大大降低,一般情况均不会超过50%。但它的优良的输出特性,使其在对电源性能要求较高的场合仍得到广泛的应用。相对线性稳压电源来说,开关稳压电源的优点更能满足现代电子设备的要求,从20世纪中期开关电源问世以来,由于它的突出优点,使其在计算机、通信、航天、办公和家用电器等方面得到了广泛的应用,大有取代线性稳压电源之势。 本课题是设计一种基于SG3525 PWM控制芯片为核心构成的高频开关电源电 路。 关键词:高频开关稳压电源、SG3525、PWM

1高频开关稳压电源概述 (1) 1.1高频开关稳压电源简介 (1) 1.2高频开关稳压电源的发展状况 (2) 1.3高频开关稳压电源的基本原理 (3) 2设计任务与分析 (4) 2.1任务要求 (4) 2.2任务分析 (4) 3 系统设计方案 (5) 3.1系统总体方案设计 (5) 3.2功率变换器电路设计 (6) 3.2.1全桥功率变换器工作原理 (6) 3.2.2全桥功率变换器控制方式 (7) 3.3控制电路设计 (8) 3.3.1 SG3525结构和功能介绍 (8) 3.3.2控制电路的设计 (9) 3.4驱动电路设计 (10) 3.5辅助电源电路设计 (11) 3.6过流检测及保护电路设计 (13) 3.6.1电力电子器件的缓冲电路 (13) 3.6.2电力电子器件的保护电路 (13) 3.7整流器输出电路设计 (15) 小结与体会 (16) 附录 (18)

开关稳压电源-电力电子毕业设计论文资料

开关稳压电源 摘要:本设计应用隔离型回扫式DC-DC电源变换技术完成开关稳压电源的设计及制作。系统主要由整流滤波电路,DC-DC变换电路,单片机显示与控制电路三部分组成。开关电源的集成控制由脉宽调制控制芯片UC3843及相关电路完成,利用单片机进行D/A转换,完成对输出电压的键盘设定和步进调整,同时由单片机A/D采集数据利用数码管显示出输出电压和电流。系统具有输出电压可调范围宽、噪声纹波电压低和DC-DC变换效率高等特点。此外,该系统还具有过流保护功能,排除过流故障后,电源能自动恢复为正常状态。 关键字:DC- DC,整流滤波,脉宽调制,A/D采集,D/A转换Abstract:The stabilized voltage switching supply is designed and manufactured by DC-DC power transfer with isolation and feedback. The supply includes rectification and filtering circuit, DC-DC transfer unit, controller controlling circuit and liquid crystal display module. The swiching supply is controlled by pulse width modulation IC UC3843. The output voltage can be regulated step by step by a microcontroller, a key and a D/A converter. The output voltage and current of the switching supply are collected by a A/D converter and displayed in Nixie tubes. The switching supply have some advantage such as wide output voltage, low noise ripple, high transfer efficiency. In addition, the swiching supply can realize current foldback. Keyword:DC-DC transfer, rectification and filtering, , microcontroller, A/D collecting dat a,D/A converting 一、方案论证 图1为开关电源系统的结构图,从图中可以看出,系统分为三个部分:电路电源、控制回路和显示设定部分。

直流稳压电源设计实验报告

实训报告 题目名称:直流稳压电源电路 系部:电气与信息工程系专业班级:机制14-3 学生姓名:郭欣欣 学号:2013211171 指导教师:刘岩 完成日期:2018年1月17日

摘要 随着电子技术的快速发展,高性能的电子电路对于电源供电质量的要求越来越高,如何设计出能满足高性能电路要求的高精度电源便成为一大课题。直流稳压源为电路提供直流电压和能量,其输出电压的品质直接决定的电源性能的好坏。 本实验旨在利用交流变压器、整流环节、滤波环节和集成元件稳压电路将交流电压转化为直流电压输出,并且对衡量稳压电路性能的几种主要参数进行了测试和分析。 随着电子技术的快速发展,高性能的电子电路对于电源供电质量的要求越来越高,如何设计出能满足高性能电路要求的高精度电源便成为一大课题。直流稳压源为电路提供直流电压和能量,其输出电压的品质直接决定的电源性能的好坏。本实验旨在利用交流变压器、整流环节、滤波环节和集成元件LM317稳压电路将220V交流电压转化为5V直流电压输出,并且对衡量稳压电路性能的几种主要参数进行了测试和分析。 关键词: 半波整流电容滤波稳压电路稳压系数纹波电压

目录 一、设计要求 (1) 二、原理分析与设计步骤 1.直流稳压电路结构的选择 (1) 2.交流变压器 (2) 3.整流电路 (2) 4.滤波电路 (2) 5.集成稳压电路 5.1集成稳压器件LM317 (3) 5.2 LM317典型接法 (4) 6.参数计算与器件选择 (4) 6.1电路参数计算 (4) 6.2元器件清单 (5) 三、实验步骤与测试结果 1.电路搭接与仪器调试 (6) 2.性能参数测试 2.1稳压系数的测量 (6) 2.2输出电阻的测量 (6) 2.3纹波电压的测量 (7) 2.4测量结果分析 (7) 四、实验小结 (7)

UC3842脉宽调制高频开关稳压电源设计正文

目录 第1章概述 (1) 第2章系统总体方案确定 (3) 2.1 工作原理 (3) 2.2 系统组成 (4) 第3章主电路设计 (5) 3.1 主电路的设计 (5) 3.2 主电路元器件的计算及选型 (6) 3.2.1 设计依据主要参数 (6) 3.2.2 高频变压器的选择 (6) 3.2.3 芯片选择 (7) 3.3 主电路保护环节的设计 (8) 第4章控制电路设计与分析 (10) 4.1 降压整流滤波电路 (10) 4.2 PWM脉冲控制驱动电路 (11) 4.3电路输出部分的设计 (13) 第5章实验与仿真 (15) 5.1 仿真电路图 (15) 5.2 实验结果及结论 (16) 第6章总结 (18) 附录 (19)

第1章概述 在信息时代,农业、能源、交通运输、通信等领域迅猛发展,对电源产业提出个更多、更高的要求,如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者不断的探索寻求各种乡关技术,做出最好的电源产品,以满足各行各业的要求。开关电源是一种新型的电源设备,较之于传统的线性电源,其技术含量高、耗能低、使用方便,并取得了较好的经济效益。 随着半导体技术和微电子的高速发展、集成度高、功能强的大规模集成电路的不断出现,使得电子设备的体积在不断的缩小,重量在不断的减轻。所有从事这方面研究和生产的人们对开关稳压电源中的开关变压器还感到不是十分理想,他们正致力于研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者通过别的途径来取代开关变压器,使之能够满足电子仪器和设备为小型化的需要。 开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的,并且开关稳压电源中由于采用了开关变压器以后,才能使之有一组输入得到极性、大小各不相同得多组输出。要进一步提高开关稳压电源的效率,就必须提高电源的工作频率。但是,当频率提高以后,对整个电路中的元件又有了新的要求。例如,高频电容、开关管、开关变压器、储能电感等都会出现新的问题。进一步研制适应高频率工作的有关电路元器件,是从事开关稳压电源研制的科技人员要解决的问题。 工作在线性状态的稳压电源,具有稳压和滤波的双重作用因而串联闲心稳压电源不产生开关干扰,且波纹电压输出较小。但是,在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态,其交变电压和

简易开关电源设计报告

四川教育学院应用电子设计报告 课程名称:Protel99 电路设计系部:物理与电子技术系专业班级:应用电子技术0901 学生姓名:x x x 学号: 指导教师: 完成时间:

开关电源电路设计报告 一. 设计要求: 直流稳定电源主要包括线性稳定电源和开关型稳定电源,由于开关稳压电源的优点是体积小,重量轻,稳定可靠,适用性强,故选择设计可调开关稳压电源,其具体设计要求如下: (1).所选元器件和电路必须达到在一定范围内输出电压连续可调,输出电压U0=+6V —— +9V连续可调,输出额定电流为500mA; (2).输出电压应能够适应所带负载的启动性能,且输出电压短路时,对各元器件不会产生影响; (3).电路还必须简单可靠,有过流保护电路,能够输出足够大的电流。 二.方案选择及电路的工作原理 方案一: 首先用一个桥式整流电路将输入的交流电压变成直流电压,然后经过电容滤波,然后在经过一个NPN型三级管Q1调整管,最后整过电路形成一个通路,达到最终的效果。 方案二: 开关电源同其它电子装置一样,短路是最严重的故障,短路保护是否可靠,是影响开关电源可靠性的重要因素。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)兼有场效

应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极型晶体管电压、电流容量大及管压降低的特点,是目前中、大功率开关电源最普遍使用的电力电子开关器件[6]。IGBT能够承受的短路时间取决于它的饱和压降和短路电流的大小,一般仅为几μs至几十μs。短路电流过大不仅使短路承受时间缩短,而且使关断时电流下降率过大,由于漏感及引线电感的存在,导致IGBT集电极过电压,该过电压可使IGBT锁定失效,同时高的过电压会使IGBT击穿。因此,当出现短路过流时,必须采取有效的保护措施。 为了实现IGBT的短路保护,则必须进行过流检测。适用IGBT过流检测的方法,通常是采用霍尔电流传感器直接检测IGBT的电流Ic,然后与设定的阈值比较,用比较器的输出去控制驱动信号的关断;或者采用间接电压法,检测过流时IGBT的电压降Vce,因为管压降含有短路电流信息,过流时Vce增大,且基本上为线性关系,检测过流时的Vce并与设定的阈值进行比较,比较器的输出控制驱动电路的关断。 在短路电流出现时,为了避免关断电流的过大形成过电压,导致IGBT 锁定无效和损坏,以及为了降低电磁干扰,通常采用软降栅压和软关断综合保护技术。 在设计降栅压保护电路时,要正确选择降栅压幅度和速度,如果降栅压幅度大(比如7.5V),降栅压速度不要太快,一般可采用2μs下降时间的软降栅压,由于降栅压幅度大,集电极电流已经较小,在故障状态封锁栅极可快些,不必采用软关断;如果降栅压幅度较小(比如5V以下),降栅速度可快些,而封锁栅压的速度必须慢,即采用软关断,以避免过电压发生。 为了使电源在短路故障状态不中断工作,又能避免在原工作频率下连续进行短路保护产生热积累而造成IGBT损坏,采用降栅压保护即可不必在一次短路保护立即封锁电路,而使工作频率降低(比如1Hz左右),形成间歇“打嗝”的保护方法,故障消除后即恢复正常工作。下面是几种IGBT短路保护的实用电路及工作原理。 利用IGBT的Vce设计过流保护电路

直流稳压电源设计实验报告

直流稳压电源设计实验报 告 Prepared on 22 November 2020

实训报告 题目名称:直流稳压电源电路 系部:电气与信息工程系 专业班级:机制 14-3 学生姓名:郭欣欣 学号: 指导教师:刘岩 完成日期: 2018年1月17日 摘要 随着电子技术的快速发展,高性能的电子电路对于电源供电质量的要求越来越高,如何设计出能满足高性能电路要求的高精度电源便成为一大课题。直流稳压源为电路提供直流电压和能量,其输出电压的品质直接决定的电源性能的好坏。 本实验旨在利用交流变压器、整流环节、滤波环节和集成元件稳压电路将交流电压转化为直流电压输出,并且对衡量稳压电路性能的几种主要参数进行了测试和分析。 随着电子技术的快速发展,高性能的电子电路对于电源供电质量的要求越来 越高,如何设计出能满足高性能电路要求的高精度电源便成为一大课题。直流稳 压源为电路提供直流电压和能量,其输出电压的品质直接决定的电源性能的好坏。本实验旨在利用交流变压器、整流环节、滤波环节和集成元件LM317稳压电路将220V交流电压转化为5V直流电压输出,并且对衡量稳压电路性能的几种主要参数进行了测试和分析。 关键词:半波整流电容滤波稳压电路稳压系数纹波电压 目录 一、设计要求 (1) 二、原理分析与设计步骤 1.直流稳压电路结构的选择 (1) 2.交流变压器 (2) 3.整流电路 (2)

4.滤波电路 (2) 5.集成稳压电路 集成稳压器件LM317 (3) LM317典型接法 (4) 6.参数计算与器件选择 (4) 电路参数计算 (4) 元器件清单 (5) 三、实验步骤与测试结果 1.电路搭接与仪器调试 (6) 2.性能参数测试 稳压系数的测量 (6) 输出电阻的测量 (6) 纹波电压的测量 (7) 测量结果分析 (7) 四、实验小结 (7)

高频开关电源设计与应用

电源网讯传统的工频交流整流电路,因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压,所以使电网的电流波形变成了尖脉冲,滤波电容越大,输入电流的脉宽就越窄,峰值越高,有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题,比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。 功率因数校正电路的目的,就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。使电源的工作特性就像一个电阻一样,而不在是容性的。 目前在功率因数校正电路中,最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。而按照输入电流的连续与否,又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式,因为控制简单,但输入电流不连续,峰值较高,所以常用在小功率场合。C CM模式则相反,输入电流连续,电流纹波小,适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式,这种模式通常采用变频率的控制方式,采集升压电感的电流过零信号,当电流过零了,才开通MO S管。这种类型的控制方式,在小功率PFC电路中非常常见。 今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。 要设计一个功率因数校正电路,首先我们要给出我们的一些设计指标,我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例: 已知参数: 交流电源的频率fac——50Hz 最低交流电压有效值Umin——85Vac 最高交流电压有效值Umax——265Vac 输出直流电压Udc——400VDC 输出功率Pout——600W 最差状况下满载效率η——92% 开关频率fs——65KHz 输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V 那么我们可以进行如下计算: 1,输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A 2,最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W 3,输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A 4,那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A 5,高频纹波电流取输入电流峰值的20%,那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A 6,那么输入电感电流最大峰值为:ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A 7,那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH 8,输出电容最小值为:Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF,实际电路中还要考虑hold up时间,所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。实际的电路中,我用了1320uF,4只330uF的并联。 有了电感量、有了输入电流,我们就可以设计升压电感了! PFC电路的升压电感的磁芯,我们可以有多种选择:磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。这几种磁芯是各有优缺点,听我一一道来。

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