单管正激式开关稳压电源的设计-吴位信(共35页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上本科学生毕业论文单管正激式开关稳压电源的设计系部名称: 电气与信息工程学院 专业班级: 电气11-1班 学生姓名: 吴位信 指导教师: 葛洪军 职 称: 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二一五年六月The Graduation Thesis for Bachelors Degree Design of the single pipe is shock type switch regulated power supplyCandidate:Wu WieixinSpecialty:Construction MachineryClass:11-1Supervisor:As
2、sociate Prof. Ge HongjunHeilongjiang Institute of Technology2015-06Harbin专心-专注-专业 摘 要 开关稳压电源有多种类型,其中正激式开关电源因其电路简单可靠,抗过载能力强,所需要的元器件较少,容易集成,不易饱和且能够提供多路隔离输出等优点而被广泛应用于中、小功率电源领域。为了保证电路的稳定可靠,本次设计采用的是隔离型电路,其中以单端正激型变换器作为主电路,其主要由高频变压器与开关管构成,主要功能是处理电能。本文分析了PWM脉宽调制芯片UC3844构成开关电源的整体结构电路,并以UC3844作为主芯片控制功率MOS管P60
3、NF06的导通与截止,而UC3844的启动电压由三端稳压器LM7818输出提供,采样反馈电路以TL431和光电耦合器PC817为核心,而输入滤波电路和输出整流滤波电路主要由电容构成,且对输入干扰和输出纹波电压有了很好的消除作用,使系统更加的稳定可靠,从而完成了单管正激式开关电源的设计。关键词:开关电源,正激型变换器,PMW,UC3844ABSTRACT With the rapid development of power electronic technology, the application of switching power supply is also more and more
4、 widely. There are different types of switching power supply, which is the IP switch power supply because of its circuit is simple, reliable, strong overload capacity, the required components less, ease of integration, not easily saturated and can offer the advantages of multiple output isolation an
5、d widely applied in the medium and small power sources. This design is given priority to with single correct type excitation converter circuit, mainly consists of high frequency transformer and switch tube, its main function is to deal with electricity. This paper analyzes the PWM pulse width modula
6、tion chip UC3844 constitute integral circuit structure and working principle of switch power supply, and by UC3844 as the main control chip control switch tube P60NF06 conduction and deadline, sampling feedback circuit TL431 and photoelectric coupler PC817 as the core, and the input filter circuit a
7、nd output rectifier filter circuit is mainly composed of capacitor, and the input and output ripple voltage has the very good elimination effect, make the system more stable and reliable, thus complete the single pipe is shock type switching power supply design.Key words: Switching power supply;Norm
8、al shock type converter;PWM;UC3844目 录0 67778888第一章 引 言1.1 开关电源的国内外发展概况自开关电源出世以来,就意味着人们已经慢慢进入高新技术时代。相控稳压电压在上个世纪中承担着一个电源支柱的角色。由于当代社会发展的需要,电力电子技术得到迅速发展,电源技术也在不断地进步。直到直流开关稳压电源的出现,其逐渐替换了之前的相控稳压电源。从上个世纪九十年代到现在,伴随着电力电子技术的发展,大电流、低电压的直流开关稳压电源因为其技术含量比较高,且应用广泛,所以越来越受到人们的青睐。在世界的范畴中,我国作为一个发展中国家,各项电源技术的房展道路与发达国家存
9、在不小的距离,毕竟国内的电源技术起步比较晚,从1977年才进入电源的初步发展期,所以技术相对来说比较落后。因此,我国需要进行电源技术的高新发展。在这个方面来说,电源技术在我国也得到许多侧重,所以越来越多高性能开关电源的身影也逐渐出现在工业和生活中。21世纪初,国外成功研制出隔离式PWM型单片开关电源,之后又生产出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列产品,这意味着开关电源已经进入一个新时代。电源技术发展的基础是功率器件的发展,因为功率器件就是开关稳压电源的开关,它控制着电源的导通与关断。
10、由最初的GTR,到MOSFET,再到之后的IGBT,功率器件的发展也是非常的迅速,而且功能也是越来越强,对开关稳压电源的影响也是越来越大。所以功率器件的研究生产对开关电源而言非常重要,世界各国也都正在对这一方向进行研究,提高其性能,这样开关电源的生产就能更好的完善。此外,变压器和磁性元件也都是电源中非常重要的功能元件,这也都是国内外目前正在研究的。进入二十一世纪以来,随着电力电子技术的迅速发展,其装置的市场需求也越来越大,电源技术的应用也越来越广泛。由于很多大型工业的发展与完善,许多微电子生产技术得到了很大的进步,包括电力设备、仪器仪表、家用电器等均得到了飞速发展,而这些小型电子设备都离不开直
11、开关稳压电源。所以开关电源体积和质量的生产对设备的要求及其重要。从开关电源技术的发展过程可以看到,开关电源的未来发展方向主要是利用最低成本生产出性能最好的产品。1.2 课题研究的目的和意义伴随着当今社会的发展,人类已经进入工业时代,而且正在转入另一个时期,那就是高新技术产业,所以在以后的社会生活当中人类都离不开电源,因为电源是向负载提供优质电能的供电设备。生活中的很多东西其实都是息息相关的,因为电源技术的不断发展,很多高新半导体、新控制技术及软开关技术都已逐渐用于开关电源,使开关电源的发展上升到另外一个阶段,逐步完善其高效率、高频率、高功率因数等性能。现在的生活中,我们都应用了很多的小型电子设
12、备,比如电源适配器、仪器仪表等,而这些小型电子设备需要能够提供稳定的电源,才能满足人们的需求。而直流开关稳压电源中,正激型变换器中变压器的铜损较低,输出纹波电压较小,电路稳定可靠,电路简单且易于实现。基于这个思想,本次设计了一个小功率单管正激式开关稳压电源。通过此次对开关电源的深入研究,希望能够具备掌握电路设计的能力,提高对所学专业知识的综合应用能力,包括资料检索、专业文献阅读、设计能力和实践能力。1.3课题研究的主要内容在本次设计中,主要采用UC3844芯片组成控制电路产生PWM信号控制开关管,从而制作一个稳定可靠,价格低廉,高效率,电路简单且容易实现的单管正激式开关稳压电源。主要通过对正激
13、型变换电路和PWM控制电路的深入学习和研究,设计出整个系统的总体电路,并完成实物的制作。 1、设计技术指标: (1)输入直流电压:2028V (2)输出直流电压:7.5V (3)输出电流:2A (4)额定效率:80% (5)频率:=75KHz (6)电压调整率: (7)负载调整率: 2、设计中需要解决的一些关键技术: (1)DC/DC变换器的选择; (1)变压器的设计; (2)电感的设计; (3)PWM控制电路的设计; (5)驱动功率开关管; (6)反馈电路的设计。第二章 正激式开关电源总体方案的设计 本次设计的主要任务是制作出一个可靠稳定,价格低廉,高效率,电路简单且容易实现的单管正激式开关
14、电源。所以选择一个好的设计方案是很重要的,下面对此设计的主电路与控制电路的选择进行了分析。2.1开关电源主电路的选择开关电源变换电路主要分为隔离和非隔离两种方式,为了提高开关电源的安全性,本次设计中选择的是隔离方式。隔离型电路主要包括正激型电路、反激型电路、全桥型电路、半桥型电路和推挽型电路。其中后面三个电路可以应用在大功率的领域,而只有正激型和反激型变换电路常用在功率较小的领域中。因为本次设计是小功率的开关稳压电源,所以应该选择正激型变换电路或者反激型变换电路。反激型和正激型电路之间有一定的区别,反激型变换器中的高频变压器相当于电感,其作用是是储能,而且在设计时需要还考虑磁饱和的问题。而正激
15、型变换器高频变压器的作用是变压和传递能量,而且在导通与关断转换过程中是不存储能量的,所以,我们需要消除少量的剩余能量,不过,在设计时只要增加一个简单的磁复位电路就可以保证其在大动态重负载下不会磁饱和,而且正激型变换器的输出纹波、启动电流和所需滤波电容都较小,电路工作也很稳定。因为正激型电路的漏感比较小,所以峰值电流也较小。所以本次设计主电路选择单管正激型电路。2.2 控制电路的选择 控制电路的设计主要是使开关电源在各种工作状况下都能够稳定的工作,并且达到要求的动态性能。电源的很多指标也都与控制电路有关,比如开关电源的稳压稳流精度、纹波、输出特性等。与电源的主电路不同,控制电路主要处理电信号,它
16、控制开关电源主电路开关管的开通与截止,工作状态如果出现故障,将会使整个电源停止工作甚至损坏。所以在设计中我们需要选择一个既简单有可靠的控制电路。2.2.1单片机控制电路控制电路利用DSP或者单片机产生脉PWM信号,来控制开关的截止和导通,若使输出的电源电压稳定在最初设定时的数据,那么可以根据A/D转换模块的转换后的反馈电压,从而改变占空比。不过这个方案不仅涉及到硬件,还需要有软件的设计,所以实现起来比较复杂。2.2.2芯片控制电路脉冲控制信号也可以通过采用电流模式控制器控制产生。在各种开关电源的设计中一般都采用电流模式控制器或者电压模式控制器构成的控制电路,其最大的优点就是外围电路非常简单,稳
17、定性非常好,而且价格便宜。综上所述,考虑到系统的稳定、成本及难易程度等因素,所以本次设计选择常用的UC3844作为PWM控制电路的主芯片。2.3正激式开关电源的总体框图本次设计的单管正激式开关电源主要由主电路和辅助电路组成。如图2.1所示,主电路由磁复位电路、DC/DC变换电路、输入滤波电路和输出整流滤波电路等四部分组成,辅助电路主要由辅助电源电路、PWM控制电路和采样反馈电路采样反馈电路等六部分组成。其中,DC/DC变换电路采用正激型变换电路,控制电路以UC3844为核心来控制开关管的导通与截止,隔离反馈电路主要由PC817和TL431构成。图2.1 系统总体框图2.4本章小结 本章首先通过
18、比较各种隔离型变换电路,确定本设计的主电路采用正激型变换电路,然后通过比较确定了控制电路,本系统采用UC3844作为主控制芯片,这样整个系统的主要部分已经确定,最后经过正激电路基本拓扑的分析设计出整个系统的原理框图。第三章 单管正激式开关电源的设计3.1单管正激型电路的工作原理 隔离型变换电路应该在输入和输出的回路之间加一个隔离器件,其主要作用就是电气隔离,一般都是采用变压器作为电路的主隔离器件。另外,为了防止由剩磁通累加而导致的磁芯饱和,所以在设计电路时需要采用磁复位技术。本次设计中采用简单的辅助磁通绕组复位技术,主要方法就是在设计变压器的时候增加一个附加线圈(励磁绕组)。如图3.1所示为单
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