应用电子技术毕业设计(论文)开关电源电路设计.doc
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1、开关电源电路设计学 生 姓 名: 12333 学 号: 专 业 班 级: 应用电子技术063208 指 导 教 师: 摘 要开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广阔的发展空间,随着电力电子技术的高速发展,电力
2、电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代,进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一成
3、本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广泛的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义关键词:高压电源;SG1524;应用电路;设计 目 录摘 要I引 言11开关电源用途与简介21.1开关电源用途21.1.1开关电源简介21.2 开关电源电路图21.2.1电路图的分类31.2.2电路中电压、电阻与电流之间的关系52
4、开关电源电路设计72.1延时电路72.2振荡器频率73开关电源原理设计83.1开关电源原理83.2几种基本类型的开关电源83.2.1 电源开关的几种模式83.2.2 电源开关的主要类型104反馈电路的设计134.1 电压反馈电路134.2 输出电流反馈145驱动与整流156过流与过压保护167 电源开关的发展反向17结 论19致 谢20参 考 文 献21引 言电是工业的动力,是人类生活的源泉。开关电源是一种电压转换电路,主要的工作内容是升压和降压,广泛应用于现代电子产品。因为开关三极管总是工作在 “开” 和“关” 的状态,所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路,这种转换电能的方式,不仅应
5、用在电源电路,在其它的电路应用也很普遍,如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点,缺点是功率相对较小,而且会对电路产生高频干扰,变压器反馈式振荡电路,能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路,变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路随着电源技术的不断发展和成熟,开关电源作为一种体积小、重量轻、高频、高效率的电力变换装置,被广泛用于各个领域。雷达显示器作为雷达系统的“眼睛”要求起其具有高可靠性,而其电源的可靠性则要求更高。 下面是某型雷达显示器对高压电源的技术要求: (1)输入电压:400 Hz220 V10 (2)输出电压:4 500 V1
6、 600 V (3)输出电流:4 500 V1 mA1 600V1mA (4)负载稳定度:103(5)电压稳定度:5103 (6)输出电压纹波:1103(7)MTBF:5 000 h (8)延时时间:20 s 1开关电源用途与简介1.1开关电源用途开关电源产品广泛用于工业自动化、军工设备、科研设备、LED照明、工业控制、通信设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热等领域1.1.1开关电源简介随着电力电子技术的高速发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代,进入90年代开关电源相
7、继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广泛的发展空间。开关电源简介开关电源高
8、频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。1.2 开关电源电路图整个电路由图1所示的几个部分组成,输入电压经过全桥整流滤波后送给VICOR模块(VI-J63CZ)进行DC/DC变换,输出为直流24V电压,再经78LM15稳压到15V后直接为SG1524供电。SG1524的11脚输出脉冲经V11放大T1隔离后,再经V21功率放大,脉冲变压器升压后再经整流滤波输出高压。中文名称:电路图 英文名称:circuit diagra
9、m 定义1:用图形符号并按工作顺序排列,详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系,而不考虑其实际位置的一种简图。目的是便于详细理解电路的作用原理,分析和计算电路特性。 所属学科:电力(一级学科);通论(二级学科) 定义2:用图形符号,表示电路设备装置的组成和连结关系的简图。 所属学科:机械工程(一级学科);机械制图、公差与配合(二级学科);机械制图(三级学科) 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 电路图示例电路图(circuit diagram)的定义:用导线将电源、开关(电键)、用电器、电流表、电压表等连接起来组成电路,再按照统一的符号将它们表示出来,这样绘制出的就叫做电
10、路图。1.2.1电路图的分类常遇到的电子电路图有原理图、方框图、装配图和印板图等。(一)原理图又被叫做“电原理图”。这种图,由于它直接体现了电子电路的结构和工作原理,所以一般用在设计、分析电路中。分析电路时,通过识别图纸上所画的各种电路元件符号,以及它们之间的连接方式,就可以了解电路的实际工作时 原理图就是用来体现电子电路的工作原理的一种电路情况。(二)方框图(框图),方框图是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图。从根本上说,这也是一种原理图,不过在这种图纸中,除了方框和连线,几乎就没有别的符号了。它和上面的原理图主要的区别就在于原理图上详细地绘制了电路的全部的元器件和它们的连
11、接方式,而方框图只是简单地将电路按照功能划分为几个部分,将每一个部分描绘成一个方框,在方框中加上简单的文字说明,在方框间用连线(有时用带箭头的连线)说明各个方框之间的关系。所以方框图只能用来体现电路的大致工作原理,而原理图除了详细地表明电路的工作原理之外,还可以用来作为采集元件、制作电路的依据。(三)装配图,它是为了进行电路装配而采用的一种图纸,图上的符号往往是电路元件的实物的外形图。我们只要照着图上画的样子,依样画葫芦地把一些电路元器件连接起来就能够完成电路的装配。这种电路图一般是供初学者使用的。 装配图根据装配模板的不同而各不一样,大多数作为电子产品的场合,用的都是下面要介绍的印刷线路板,
12、所以印板图是装配图的主要形式。 在初学电子知识时,为了能早一点接触电子技术,我们选用了螺孔板作为基本的安装模板,因此安装图也就变成另一种模式。(四)印板图 印板图的全名是“印刷电路板图”或“印刷线路板图”,它和装配图其实属于同一类的电路图,都是供装配实际电路使用的。 印刷电路板是在一块绝缘板上先覆上一层金属箔,再将电路不需要的金属箔腐蚀掉,剩下的部分金属箔作为电路元器件之间的连接线,然后将电路中的元器件安装在这块绝缘板上,利用板上剩余的金属箔作为元器件之间导电的连线,完成电路的连接。由于这种电路板的一面或两面覆的金属是铜皮,所以印刷电路板又叫“覆铜板”。印板图的元件分布往往和原理图中大不一样。
13、这主要是因为,在印刷电路板的设计中,主要考虑所有元件的分布和连接是否合理,要考虑元件体积、散热、抗干扰、抗耦合等等诸多因素,综合这些因素设计出来的印刷电路板,从外观看很难和原理图完全一致;而实际上却能更好地实现电路的功能。 随着科技发展,现在印刷线路板的制作技术已经有了很大的发展;除了单面板、双面板外,还有多面板,已经大量运用到日常生活、工业生产、国防建设、航天事业等许多领域。 在上面介绍的四种形式的电路图中,电原理图是最常用也是最重要的,能够看懂原理图,也就基本掌握了电路的原理,绘制方框图,设计装配图、印板图这都比较容易了。掌握了原理图,进行电器的维修、设计,也是十分方便的。因此,关键是掌握
14、原理图(1)电路图的符号 几种常用的电路元件及其符号| | | :交叉不相连接的导线 或:交叉相连接的导线 | | / (一短线一长线,短线为负极,长线为正极):开关 (上有一向右斜线):用电器 O里面一个:电灯 半圆下面为俩个:电铃 O里面一个M:直流电动机 | 口:电阻 口:可变电阻 表示电池组 表示导线交叉但不相连 中间加一点 表示导线之间相连1.2.2电路中电压、电阻与电流之间的关系电流=电压/电阻 字母表达式为I=U/R(即欧姆定律)变形:R=U/I U=IR 电阻=电压/电流(1)电路图的画法规则 1.电路图的信号处理流程方向,2.连接导线 ,3.电源线与地线 ,4.电路图的识图方
15、法与步骤 ,5.如何画好电路图,6.电路图7. 实例问题:如何正确识别电路? 解答:电路的识别包括正确电路和错误电路的判断,串联电路和并联电路的判断。错误电路包括缺少电路中必有的元件(必有的元件有电源、用电器、开关、导线)、不能形成电流通路、电路出现开路或短路。判断电路的连接通常用电流流向法。既若电流顺序通过每个用电器而不分流,则用电器是串联;若电流通过用电器时前、后分岔,即,通过每个用电器的电流都是总电流的一部分,则这些用电器是并联。在判断电路连接时,通常会出现用一根导线把电路两点间连接起来的情况,在初中阶段可以忽略导线的电阻,所以可以把一根导线连接起来的两点看成一点,所以有时用“节点”的方
16、法来判断电路的连接是很方便的。 常见问题1: 如何画好电路图 问题::如何画好电路图 解答 从电源开始,在电源正极标一个A,负极标一个B。然后从正极开始,沿导线走,遇到第一个用电器时在它与正极延伸出的那根电线的那头再标一个A,而在另一头标一个C(应为在负极标过了B,所以换一个字母,但如果用电器另一头是直接与负极相连接的,就跟据前面所述的方法标上由负极开始的B)在标了C以后继续走,如遇到下一个用电器就再换.记住,换用另外的字母的前提是那一头不是与负极导线连接的。这样,等你标完了字母后,如果所有的用电器两边的字母都不同,则整个电路为串联; 如果有几个用电器的两边字母相同的话,那么这几个用电器就为并
17、联。 实物连接图就跟据你所画的电路图来连接,注意别连串线了。 常见问题2: 如何进行电路连接? 问题:如何进行电路连接? 解答:电路连接的方法为:1.连接电路前,先要画好电路图。2.把电路元件按电路图相应的位置摆好。3.电路的连接要按照一定的顺序进行。4.连接并联电路时,可按“先干后支”的顺序进行,即先连好干路,再接好各支路,然后把各支路并列到电路共同的两个端点上,或按“先支后干”的顺序连接。连接电路时要注意以下几点:1.电路连接的过程中,开关应该是断开的。2.每处接线必须接牢,防止虚接。3.先接好用电器,开关等元件,最后接电源。4.连接后要认真检查,确认无误后,才闭合开关。5.闭合开关后,如
18、果出现不正常情况,应立即断开电路,仔细检查,排除故障。 1.判断信号处理流程方向 2.划分单元电路 3.分析电路工作过程 注意事例 1.元件分布要均匀,不要画在拐角处。 2.整个电路最好呈长方形,导线要横平竖直,有棱有角。 3.按照一定顺序,有字母的,标出相应的字母。2开关电源电路设计2.1延时电路由于显示器示波管的灯丝需要20s的预热时间,故需设置一个延时电路,以延缓给示波管阳极上加高压,由于SG1524内部设置了一个完全独立控制关闭的电路,通过控制其10端的电位即可控制整个脉宽调制器的输出。如图2所示。加电R32,R33分压经R2给C2充电V5导通SG1524的10脚电位降低SG1524工
19、作,输出脉冲。2.2振荡器频率 SG1524的振荡器频率fosc由外接元件R6,R4决定,即fosc1R6C4,式中R6的单位为,C4的单位为F,电容C4的充电电流I36 VRT,电容C4的容量大小直接影响振荡器的输出脉冲宽度,故C4不能取得太小,若振荡器的输出脉冲宽度小于05s,则不能保证每一个脉冲都能触发翻转,为了保证触发器工作可靠,C4的容量一般在0001F01。 3开关电源原理设计3.1开关电源原理开关电源原理开关电源是一种电压转换电路,主要的工作内容是升压和降压,广泛应用于现代电子产品。因为开关三极管总是工作在 “开” 和“关” 的状态,所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路,
20、这种转换电能的方式,不仅应用在电源电路,在其它的电路应用也很普遍,如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点,缺点是功率相对较小,而且会对电路产生高频干扰,变压器反馈式振荡电路,能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路,变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路。3.2几种基本类型的开关电源顾名思义,开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等),通过控制电路,使电子开关器件不停地“接通”和“关断”,让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制,从而实现DC/AC、DC/DC电压变换,以及输出电压可调和自动稳压。3.2.1 电源开关
21、的几种模式开关电源一般有三种工作模式:频率、脉冲宽度固定模式,频率固定、脉冲宽度可变模式,频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源,或DC/DC电压变换;后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外,开关电源输出电压也有三种工作方式:直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样,前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源,或DC/DC电压变换;后两种工作方式多用于开关稳压电源。根据开关器件在电路中连接的方式,目前比较广泛使用的开关电源,大体上可分为:串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中,变压器式开关电源(后面简称变压器开关电源)还可以进一步
22、分成:推挽式、半桥式、全桥式等多种;根据变压器的激励和输出电压的相位,又可以分成:正激式、反激式、单激式和双激式等多种;如果从用途上来分,还可以分成更多种类。 下面我们先对串联式、并联式、变压器式等三种最基本的开关电源工作原理进行简单介绍,其它种类的开关电源也将逐步进行详细分析。联式开关电源串联式开关电源的工作原理串联式开关电源输出电压uo的幅值Up等于输入电压Ui,其输出电压uo的平均值Ua总是小于输入电压Ui,因此,串联式开关电源一般都是以平均值Ua为变量输出电压。所以,串联式开关电源属于降压型开关电源。串联式开关电源也有人称它为斩波器,由于它工作原理简单,工作效率很高,因此其在输出功率控
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