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文檔簡介
1、<p> 畢業(yè)設計(論文)開題報告</p><p> 題 目:多路輸出開關電源的設計 </p><p><b> 1、研究背景和意義</b></p><p> 開關電源是在電子、通信、電氣、能源、航空航天、軍事以及家電等領域應用非常廣泛的一種電力電子裝置。它
2、具有電能轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、和快速性好等優(yōu)點,在小功率范圍上基本上取代了線性調(diào)整電源,并迅速向中大功率范圍推進,在很大程度上取代了晶閘管相控整流電源。可以說開關電源技術是目前中小功率直流電能變換裝置的主流技術。</p><p> 開關電源技術已有幾十年的歷史。早期產(chǎn)品的開關頻率很低,成本昂貴,僅用于諸如衛(wèi)星等尖端電子設備。20世紀60、70年代相繼出現(xiàn)的晶閘管和其他分立元件制作而成的開關電源,均因效率低
3、下、開關頻率低、電路復雜、難于調(diào)試等因素而難以普及。70年代后期,隨著集成電路設計與制造工藝水平的不斷提高各種質(zhì)優(yōu)價廉的開關電源專用集成電路相繼出現(xiàn),以及制造開關電源的新材料、新器件成為開關電源普及的主要動力。除了各種集成電路外,一些新器件、新材料真正廣泛應用于開關電源,從而使開關頻率已從20kHz發(fā)展到數(shù)百千赫茲甚至數(shù)兆赫茲,使開關電源得以廣泛應用。</p><p> 在開關電源輕型化、小型化、高效化的發(fā)展歷
4、程中,集成電路技術起了決定性的作用。近20年來,集成開關電源是沿著如下兩個方向不斷發(fā)展的:一個方向是,對開關電源的核心單元-控制電路的集成;另一個方向是,對中、小功率開關電源實現(xiàn)單片集成化,單片開關電源實際上是一種AC-DC電源變換器。</p><p><b> 2、設計內(nèi)容及目的</b></p><p> 我具體選擇的是一個PC主機開關電源的設計。這就是一個四路
5、輸出的開關電源。通過這個課題的設計可以使自己系統(tǒng)地掌握開關電源的發(fā)展過程、其相關的系統(tǒng)知識以及具體的開關電源的設計方法,還有目前比較前沿的開關電源的一些知識。</p><p> 3、擬采取的設計方案</p><p> PC主機電源有5路輸出±5v和±12v還有電源正常P.G信號,還有待機電源</p><p><b> 典型的如下:
6、</b></p><p> 圖1.1 PC主機開關電源電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p> 其主要由主電路、控制電路和保護電路組成。在具體選擇方案時從以下幾方面考慮:</p><p><b> 3.1 主電路</b></p><p> 開關電源的電路結(jié)構(gòu)眾多,其中適合小功率電源使用的有正激型、反激型和半橋
7、型,適合大功率電源的有正激型、半橋型和全橋型,其中正激型電路由分為單開關正激型和雙開關激型等多種。電路形式的最終確定,需要根據(jù)電源的實際應用場合和具體情況來確定。</p><p> 從目前市場上流行的微機電源看,按主回路的不同,大體可以分為單管自激式PWM可調(diào)穩(wěn)壓電源和它激式半橋型PWM可調(diào)穩(wěn)壓電源兩大類。前者電路簡單、成本低,但輸出功率也較低,一般只適用于8bit微機。后者工作頻率較高、輸出功率較大,但電路結(jié)
8、構(gòu)復雜、成本較高,是目前PC市場上的主流電源。</p><p><b> 3.2控制系統(tǒng)</b></p><p> 開關電源控制的主要目的就是要保持輸出電壓一定,而負載電流可以有很大的變化范圍,這就要通過負反饋來達到這個目的。所有的電源控制器,無論線性電源還是開關電源,都要檢測輸出電壓。反饋電壓輸入到稱之為電壓誤差放大器的高增益運算放大器的反向端,參考電壓輸入到運
9、算放大器的同向端,運算放大器輸出的就是參考電壓和輸出電壓的差值。運算放大器把這誤差值放大了許多倍,這個輸出電壓稱為誤差電壓,用誤差電壓信號來控制電源供給負載的能量。該值為正,說明輸出電壓太低,電源要輸出更多的能量。反之如果是個負值,就說明輸出電壓太高,要減小輸出的能量。</p><p> 開關電源的控制方式,大致有以下三種:</p><p> (1)脈寬調(diào)制方式,簡稱脈寬調(diào)制(Puls
10、e Width Modulation,縮寫為PWM)式。其特點式固定開關頻率,通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)占空比。因開關周期也是固定的,這就為設計濾波電路提供了方便。其特點是受功率開關最小導通時間的限制,對輸出電源不能做寬范圍的調(diào)節(jié);另外輸出端一般要接假負載,以防止空載時輸出高電壓。目前,集成開關電源大多采用PWM方式。</p><p> (2)脈沖頻率調(diào)制方式,簡稱脈頻調(diào)制(Pulse Frequency Modu
11、lation,縮寫為PFM)式。它是將脈沖寬度固定,通過改變開關頻率來調(diào)節(jié)占空比的。在電路設計上要用固定脈寬發(fā)生器來代替脈寬調(diào)制器中的鋸齒波發(fā)生器,并利用電壓頻率轉(zhuǎn)換器(例如壓控振蕩器VCO)改變頻率。其穩(wěn)壓原理是:當輸出電壓升高時,控制器輸出信號的脈沖寬度不變而周期變長,使占空比減小,壓降低。PFM式開關電源的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很寬,輸出端可不接假負載。</p><p> (3)混合調(diào)制方式,使指脈沖寬度與脈沖
12、頻率均不固定,彼此都能改變的方式,它屬于PWM和PFM的混合方式。由于今和T均可調(diào)節(jié),因此占空比調(diào)節(jié)范圍最寬,適合供實驗室使用的輸出電壓可以寬度范圍調(diào)節(jié)的開關電源。</p><p> 脈沖寬度調(diào)制方式的控制方式,總的來說可以分為電壓控制和電流控制兩種模式。無論電壓控制還是電流控制,都有輸出電壓反饋和電壓調(diào)節(jié)器,所不同的是電壓模式控制系統(tǒng)中,僅有一個電壓反饋控制環(huán);而電流模式控制系統(tǒng)中,除電壓反饋控制環(huán)外,還存在
13、電流控制環(huán)。</p><p> 20世紀70年代末期開始出現(xiàn)了電流控制方式,其基本的思想是在輸出電壓閉環(huán)的控制系統(tǒng)中,增加了直接或間接的電流反饋控制。電流模式控制的引入給開關電源的控制性能帶來一次革命性的飛躍。</p><p> 本次設計選用PWM的電壓模式控制 。</p><p><b> 3.3軟開關的選用</b></p>
14、<p> 在主電路中,否采用軟開關技術也是一個破費斟酌的問題。開關電源的小型化、輕量化最直接的途徑是提高開關頻率。但是在提高開關頻率的同時,開關損耗也同時增加,電路效率嚴重下降,電磁干擾也會增大,所以簡單地提高開關頻率是不行的。針對這些問題出現(xiàn)了軟開關技術,它主要解決電路中的開關損耗和開關噪聲問題,是開關頻率可以大幅度提高。但實上,在眾多的軟開關電路中,具有實際使用價值的并不多,目前較為成熟的是零電壓和零電流準諧振電路、
15、移相全橋型零電壓開關PWM電路及零電壓零電流轉(zhuǎn)換PWM控制電路等。</p><p> 在設計中,通常需要綜合考慮可靠性、成本、效率等多方面因素?,F(xiàn)階段在一些情況下,采用硬開關電路仍然合理的選擇,而對效率、體積和重量的要求非常高時,應根據(jù)實際情況,采用相應的軟開關電路。歲星和市場對電源體積和重量越來越苛刻的要求,軟開關電路在電源中的應用越來越廣泛,因而從發(fā)展的角度看,軟開關是未來電源技術的主流。</p>
16、;<p> 本次設計從降低成本考慮,不采用軟開關技術。</p><p> 3.4開關電源電路的隔離技術</p><p> 開關電源一般有兩部分組成:一是功率主電路,二是控制電路。離線變換器功率主電路進線往往與市電網(wǎng)連接,電壓高,但輸出電路和控制電路多由低壓電子元器件所組成。為了人身和低壓電子元器件的安全,功率主電路與輸出電路應該電氣隔離,即兩者不共地。常用的電氣隔離方案
17、有用變壓器實現(xiàn)隔離方案和變壓器和光耦合器結(jié)合實現(xiàn)隔離的方案。</p><p> 本次設計采用變壓器隔離。</p><p><b> 4.主要研究方法</b></p><p> 1.主電路的設計:主電路的設計通常在整個電源的設計過程中具有最為重要的地位,一旦完成設計,不易輕易改變,因此設計時對各方面問題應考慮周全,避免返工,造成時間和經(jīng)費的
18、浪費。首先,要對主電路選型,對PC開關電源來說采用半橋型,其工作頻率高、輸出功率較大,所以其性能較好。再就是元器件參數(shù)的計算了,包括變壓器的設計、輸出濾波電路的設計和開關器件及二極管的設計。需要查生產(chǎn)廠家的器件的具體參數(shù)然后確定自己設計電路器件的具體參數(shù)。</p><p> 2.控制電路的設計:目前市場上集成的控制器件比較多而且也已經(jīng)比較成熟。因此要具體的選擇合適的集成器件,并學習其功能及具體的使用方法。然后才
19、可以結(jié)合電流控制方面的知識具體設計控制電路。</p><p> 本次設計選用SGS-Thomson公司生產(chǎn)的采用電壓模式控制的集成PWM控制器SG3525。</p><p><b> 5、預期獲得的結(jié)果</b></p><p> 本文的主要工作是對開關電源有關知識進行比較全面的介紹,并設計一種低成本的多路數(shù)輸出的計算機開關電源。</
20、p><p><b> 6、課題進度計劃</b></p><p><b> 參考文獻</b></p><p> 王兆安,電力電子技術,第四版,機械工業(yè)出版社,2005</p><p> 2、童詩白,模擬電子技術,高等教育出版社,第四版,2002</p><p> 3、閻石
21、,數(shù)字電子技術,高等教育出版社,第四版,2002</p><p> 4、楊旭,開關電源技術,機械工業(yè)出版社,2005 </p><p> 5、何希才,新型開關電源設計與應用,科學出版社,2001</p><p> 6、劉毓敏,實用開關電源維修技術,機械工業(yè)出版社,2004</p><p> 7、(日)原田耕介主編;耿文學譯,開關電源手
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