基于小型高效直流開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

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1、基于小型高效直流開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)　　摘要：目前，各種各樣的開(kāi)關(guān)電源以其小巧的體積、較高的功率密度和高效率正越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。伴隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，特別是其保護(hù)裝置的微機(jī)化，通訊裝置的程控化，對(duì)電源的體積和效率的要求也在不斷提高?？梢哉f(shuō)，適應(yīng)各類開(kāi)關(guān)電源的控制集成電路功能正在不斷完善，集成化水平不斷提高，外接原件也是越來(lái)越少。開(kāi)關(guān)電源的研制生產(chǎn)正在日趨簡(jiǎn)化，成本也日益下降。關(guān)鍵詞：直流開(kāi)關(guān)電源；開(kāi)關(guān)電源；設(shè)計(jì)1直流穩(wěn)壓電源概述直流穩(wěn)壓電源在一個(gè)典型系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。從某種程度上可以看成是系統(tǒng)的心臟。電源的系統(tǒng)的電路提供持續(xù)的、穩(wěn)定的能源，使

2、系統(tǒng)免受外部的干擾，并防止系統(tǒng)對(duì)其自身產(chǎn)生的傷害。如果電源內(nèi)部發(fā)生故障，不應(yīng)造成系統(tǒng)的故障，而確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。因此，人們非常重視系統(tǒng)直流電源的設(shè)計(jì)或選用。直流穩(wěn)壓電源通常分為線性穩(wěn)壓和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓兩種類型。1.1線性穩(wěn)亞電源線性穩(wěn)壓電源是指起電壓調(diào)整功能作用的器件始終工作在線性放大區(qū)的直流穩(wěn)壓電源，期工作原理如圖1。它由509工頻變壓器、整流器、濾波器以及串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器組成。線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。但同時(shí)存在以下缺點(diǎn)：輸入采用50工頻變壓器，體積龐大且和很重；電壓調(diào)整器件工作在線性放大區(qū)內(nèi)，損耗大，效率低；過(guò)載能力差。線性電源主要

3、應(yīng)用在對(duì)發(fā)熱和效率要求不高的場(chǎng)合，或者要求成本及設(shè)計(jì)周期短的情況。線性電源作為板載電源廣泛應(yīng)用于分布電源系統(tǒng)中，特別是當(dāng)配電電壓低于40V時(shí)。線性電源的輸出電壓只能低于輸入電壓，并且每個(gè)線性電源只能產(chǎn)生一路輸出。線性電源的效率在百分之三十五到百分之五十之間，損耗以熱的形式耗散。1.2PWM開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源一般將開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源不同，它是起電壓調(diào)整功能作用的器件，始終工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)電源主要采用脈寬調(diào)制技術(shù)。開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)；1）功耗小、效率高。電源中開(kāi)關(guān)器件交替地工作在導(dǎo)通-截止和截止-導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度快，這使得開(kāi)關(guān)管的

4、功耗很小，電源的效率可以大幅度提高，可達(dá)到百分之九十到百分之九十五。92）體積小、重量輕。開(kāi)關(guān)電源效率高，損耗小，則可以省去較大體積的散熱器；隔離變壓用高頻變壓器取代工頻變壓器，可大大減小體積，降低重量；因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率高，輸出濾波電容的容量和體積大為減小。3）穩(wěn)壓范圍寬。開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓由占空比來(lái)調(diào)節(jié)，輸入電壓的變化可以通過(guò)調(diào)節(jié)占空比的大小來(lái)補(bǔ)償，這樣在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍然能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。4）電路形式靈活多樣。設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類型電路的特長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出能滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合的開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)主要是：存在開(kāi)關(guān)噪聲大。在開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)器

5、件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流會(huì)通過(guò)電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采用一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重影響整機(jī)的正常工作。此外，這些干擾還會(huì)串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備、和家用電器收到干擾。因此設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，必須采取合理的措施來(lái)抑制其本身產(chǎn)生的干擾。PWM開(kāi)關(guān)電源在使用時(shí)比線性電源具有更高的效率和靈活等特點(diǎn)。因此，在便攜式產(chǎn)品、航空和自動(dòng)化產(chǎn)品、儀器儀表以及通訊系統(tǒng)等，要求高效率、體積小、重量輕和多組電源電源輸出的場(chǎng)合，得到了廣泛的應(yīng)用。但是開(kāi)關(guān)電源的成本高，而且需要開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)。2開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)92

6、.1開(kāi)關(guān)電源的工作原理開(kāi)關(guān)電源主要采用直流斬波技術(shù)，即降壓變換、升壓變換、變壓器隔離的DC/DC變換電路理論和PWM控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具有輸入、輸出隔離的PWM開(kāi)關(guān)電源工作原理框圖，如圖2所示。50Hz單相交流220V電壓或三相交流220V/380V電壓經(jīng)EMI防電磁干擾電源濾波器，直接整流濾波；然后再將濾波后的直流電壓經(jīng)變換電路變換為數(shù)十千赫或數(shù)百千赫的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓，通過(guò)高頻變壓器隔離并降壓（或升壓）后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路；最后輸出直流電壓。通過(guò)取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率開(kāi)關(guān)管的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。在直流斬波

7、控制中，有定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)頻調(diào)寬3種控制方式。定頻調(diào)寬是保持開(kāi)關(guān)頻率（開(kāi)關(guān)周期T）不變，波形如圖3所示。通過(guò)改變導(dǎo)通時(shí)間高。而定寬調(diào)頻則是保持導(dǎo)通時(shí)間Ton不變，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率，來(lái)達(dá)到改變占空比的一種控制方式。由于調(diào)頻控制方式的工作頻率是不固定的，造成濾波器設(shè)計(jì)困難，因此，目前絕大部分的開(kāi)關(guān)電源均采用PWM控制。2.2開(kāi)關(guān)電源的主要性能指標(biāo)9開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量好壞主要由其性能指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)者或使用者來(lái)講，都必須對(duì)其內(nèi)容有一個(gè)較全面的了解。一般性能指標(biāo)包括電氣指標(biāo)、機(jī)械特性、適用環(huán)境、可靠性、安全性以及生產(chǎn)成本等。這里僅介紹常見(jiàn)的電氣指標(biāo)。2.

8、2.1輸入?yún)?shù)輸入?yún)?shù)包括輸入電壓、交流或直流、頻率