通用開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)

　　通用開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)，小編為各位電氣自動(dòng)化畢業(yè)的同學(xué)準(zhǔn)備了通用開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)的論文，歡迎大家借鑒哦!

　　摘 要 ：現(xiàn)階段隨單片開(kāi)關(guān)電源的模塊應(yīng)用，中小功率開(kāi)關(guān)電源在朝短、小、輕、薄方向發(fā)展，可廣泛用在儀器儀表、家用電器、計(jì)算機(jī)、自控等領(lǐng)域。本文全面分析了開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用控制理論和方法。并利用NCP12000單片的PWM控制芯片，設(shè)計(jì)了一個(gè)10W的小功率開(kāi)關(guān)電源。

　　關(guān)鍵詞 ：電力工程;開(kāi)關(guān)電源;反饋控制

　　開(kāi)關(guān)電源我們可認(rèn)為是由功率級(jí)和控制電路所組成，功率級(jí)是功率變換的主體，主要通過(guò)開(kāi)關(guān)器件、電感、電容等器件來(lái)實(shí)現(xiàn)功率變換的。開(kāi)關(guān)電源的主體是開(kāi)關(guān)型DC-DC變換器，它是開(kāi)關(guān)電源整個(gè)變換核心。非隔離式和隔離式為DC-DC變換器的兩種基本拓?fù)洹Ｔ诜歉綦x式變換器中，輸入到輸出之間是沒(méi)有電氣隔離的，非隔離式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式主要有:Buck, Boost ,Buck-Boost, Cuk''等。

　　首先介紹開(kāi)關(guān)電源的控制方法：

　　根據(jù)DC-DC變換器工作方式，DC-DC變換器可分為下面幾種:PWM變換器、諧振變換器、軟開(kāi)關(guān)PWM變換器等。

　　1脈寬調(diào)制技術(shù)

　　脈寬調(diào)制PWM技術(shù)由于其電路簡(jiǎn)單、控制也相對(duì)方便而得到廣泛的應(yīng)用。目前，應(yīng)用PWM技術(shù)的變換器的運(yùn)行最佳頻率范圍為30kHz~50kHz(使用MOSFET做開(kāi)關(guān)管)，在該范圍內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)不論體積、重量、可靠性或是價(jià)格都基本上實(shí)現(xiàn)了最佳。但是，常規(guī)的PWM技術(shù)的固有缺陷也在一定程度上限制了其高頻化，這樣人們另想辦法，圍繞著減小開(kāi)關(guān)的損耗，消除或緩解其電路中寄生參數(shù)所造成的影響提出了諧振變換技術(shù)。

　　2諧振變換技術(shù)

　　諧振變換技術(shù)可以描述為開(kāi)關(guān)器件在零壓或零電流條件下可進(jìn)行開(kāi)關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。這樣可以在一定程度上降低了開(kāi)關(guān)損耗。諧振變換電路主要由串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、準(zhǔn)諧振、E類(lèi)諧振和多諧振等。這類(lèi)變換器主要利用諧振原理使開(kāi)關(guān)管的兩端電壓或流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流能夠在一個(gè)周期內(nèi)在某一時(shí)間段呈正弦規(guī)律變換，電壓和電流的波形會(huì)錯(cuò)開(kāi)，這樣可實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)或零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)條件，使得開(kāi)關(guān)管自然得到導(dǎo)通或關(guān)斷。零電流開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)：能保證運(yùn)行中的開(kāi)關(guān)器件在關(guān)斷信號(hào)來(lái)到之前，流經(jīng)開(kāi)關(guān)管的電流就已經(jīng)下降為零，這樣就保證了器件在零電流的條件下能斷開(kāi);零電壓開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是能夠保證運(yùn)行中的器件在開(kāi)通信號(hào)來(lái)到之前，開(kāi)關(guān)管的端電壓就已經(jīng)下降為零了，從而能使開(kāi)關(guān)管在零電壓下導(dǎo)通。諧振式變換器有這樣的缺點(diǎn)：1)功率電路拓?fù)漭^復(fù)雜，在不同負(fù)載條件下，存在不同工作模式;2)QRC, MRC都是變頻控制，所以控制電路較復(fù)雜;3)諧振波形使開(kāi)關(guān)管電壓或其電流應(yīng)力比PWM變換器還要大得多。針對(duì)以上局限性，人們提出了其他的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。

　　3軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

　　軟開(kāi)關(guān)變換器為QRC和PWM開(kāi)關(guān)變換器組合在一起的綜合:在QRC變換器中若增加一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)，以控制諧振為網(wǎng)絡(luò)工作，使變換器在整個(gè)周期內(nèi)，一部分時(shí)間是按ZVS或ZCS準(zhǔn)諧振變換器來(lái)工作，另一部分時(shí)間則按PVYM變換器來(lái)工作。因此它兼具有諧振變換技術(shù)或PWM變換技術(shù)共有的特點(diǎn).

　　下面再來(lái)介紹控制電路：

　　控制電路我們采用ON Semiconductor(安森美)公司所生產(chǎn)的NCP1200芯片。NCP1200是種新型的高頻開(kāi)關(guān)電源芯片，它將開(kāi)關(guān)電源中最為重要的兩個(gè)部分即PWM控制集成電路和功率開(kāi)關(guān)管MOSFET電路集成在一個(gè)芯片上，構(gòu)成PWM/MOSFET二合為一的集成芯片，能使外部電路得到簡(jiǎn)化，讓工作頻率可達(dá)100kHz，交流輸入電壓為100V~250V，AC/DC轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到90%。對(duì)70W 以下開(kāi)關(guān)電源，主功率器件采用NCP1200，與其他電路相比，重量輕、體積小、自我保護(hù)的又功能齊全，從而降低了開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)過(guò)程中的復(fù)雜性。特別適合于中小功率AC-DC電源、各類(lèi)充電適配器、DVD電壓等的設(shè)計(jì)。

　　4 EMI濾波器

　　EMI信號(hào)濾波器是可以濾除導(dǎo)線(xiàn)上各種工作時(shí)不需要的高頻干擾成份，其可用在各種信號(hào)線(xiàn)(包括直流電源線(xiàn))上當(dāng)?shù)屯�濾波器。最有效的接收和輻射天線(xiàn)是線(xiàn)路板上的導(dǎo)線(xiàn)，由于導(dǎo)線(xiàn)存在，這樣會(huì)使線(xiàn)路板產(chǎn)生強(qiáng)電磁輻射。與此，這些導(dǎo)線(xiàn)還能接收外部來(lái)的電磁干擾，使電路相對(duì)干擾很是敏感。解決高頻電磁的干擾輻射和接收最有效的辦法是在導(dǎo)線(xiàn)上使用信號(hào)濾波器， 如不用信號(hào)濾波器時(shí)，脈沖信號(hào)的高頻成份就很豐富，這些高頻成份還可借助導(dǎo)線(xiàn)輻射，這樣線(xiàn)路板的輻射就會(huì)超標(biāo)。所以使用了濾波器以后，脈沖信號(hào)的高頻成份就會(huì)消弱很多，正因?yàn)楦哳l信號(hào)的輻射效率非常高，隨著高頻成份的減少，線(xiàn)路板的輻射會(huì)改善很多。按安裝方式和外形信號(hào)濾波器可分為: 貫通濾波器、有線(xiàn)路板安裝濾波器、連接器濾波器等。通常使用線(xiàn)路板安裝濾波器較多，其具有經(jīng)濟(jì)性高、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

　　5 TL431反饋電路

　　反饋的概念，是指將放大電路的輸出量(電壓或電流信號(hào))一部分或全部，通過(guò)一定的方式(元件或網(wǎng)絡(luò))輸送到輸入回路，完成輸出量與輸入端回送的電路就稱(chēng)為反饋元件或反饋支路，具有反饋回路的放大電路即稱(chēng)反饋放大電路。

　　隨著電子技術(shù)的不斷高速發(fā)展,電源技術(shù)也跟著不斷完善和提高。像自激型的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,在過(guò)去其輸出的功率只能達(dá)到大概50W,而現(xiàn)在可以達(dá)到100W以上。這些變化是源于電路技術(shù)的進(jìn)一步成熟和采用新型元器件的結(jié)果。

　　最后設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源整體系統(tǒng)圖：

　　電路如圖所示：電源適配器由NCP1200構(gòu)成6.5V、0.6A，它可為隨身聽(tīng)、電動(dòng)玩具或一般家電提供電源。該適配器對(duì)全部85~265V的交流電源均適用。交流電壓經(jīng)過(guò)橋式整流器(BR)、電磁干擾濾波器(L1、L2、R4、R5)和濾波電容(C1、C2)，得到直流高壓U1，分別連到NCP1200的HV端、高頻變壓器初級(jí)的一端。在剛獲得電源時(shí)能降低輸入濾波電容上的沖擊電流。吸收電路由R6、C5、VD1組成的鉗位電路和R7和C6構(gòu)成，可吸收尖峰電壓，這樣就可降低電磁干擾。外部功率開(kāi)關(guān)管是采用MTDIN60E型M0SFET管，最大漏極電流為IDM=1A，漏源擊穿電壓為U(BR)DS=600V，管子最大功耗為PDM=1.75W。輸出整流濾波器是由VD2、C3、C4組成。光耦反饋電路是由限流電阻R1、光耦合器IC2(PC817A)和5.1V穩(wěn)壓管(1N5993B)組成的。輸出電壓是這3個(gè)元器件上的電壓降之和。因IC2中LED的正向壓降ULED≈1V，工作電流ILED設(shè)定為0.85mA， Rl=220Ω，故Uo=URl+UrrD+UDZ=(0.85×10-3×220)+1+5.1≈6.5V。高頻變壓器采用E16型磁芯，初級(jí)繞組的電感量Lp=2.9mH，漏感Lpo=80us，匝數(shù)比n=Np/Ns=12.5。

　　開(kāi)關(guān)電源整體電路原理

　　電源技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是開(kāi)關(guān)電源高頻化，高頻化帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是使開(kāi)關(guān)電源裝置空前微型化，并使開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，特別是應(yīng)用在高新技術(shù)領(lǐng)域，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的微型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源在節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面的發(fā)展與應(yīng)用更具有深遠(yuǎn)意義。

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