畢業(yè)設(shè)計(jì)---開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　選題目的及意義</b></p><p><b>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展</b></p><p><b>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的種類<

2、;/b></p><p>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源原理分析</p><p><b>　　Protel制板</b></p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　開關(guān)電源技術(shù)是一門運(yùn)用半導(dǎo)體功

3、率器件實(shí)現(xiàn)電能的高頻率變換，將粗電變換成精電，以滿足供電質(zhì)量要求的技術(shù)。由于在開關(guān)電源中半導(dǎo)體功率器件工作在高頻開關(guān)方式，因此它具有高效率，高功率密度，高可靠性。由于開關(guān)電源的突出優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)電源更替線性電源是發(fā)展的必然趨勢(shì)。近年來，由于微型計(jì)算機(jī)的普及，通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)了開關(guān)電源技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。</p><p>　　開關(guān)電源技術(shù)設(shè)計(jì)涉及半導(dǎo)體功率器件應(yīng)用技術(shù)，電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論、熱分析與設(shè)

4、計(jì)等，因此是一門多學(xué)科交叉的應(yīng)用性技術(shù)。</p><p><b>　　選題目的及意義</b></p><p>　　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，電源給系統(tǒng)的電源提供持續(xù)的穩(wěn)定的能量，使系統(tǒng)免受外部的侵?jǐn)_并防止系統(tǒng)對(duì)其自身作出傷害，如果電源內(nèi)部發(fā)生故障，不應(yīng)造成系統(tǒng)故障，然而，電源如此重要的作用并沒有得到應(yīng)有的重視，在設(shè)計(jì)

5、一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，電源系統(tǒng)總是首先被擱置一邊，直到設(shè)計(jì)最后才考慮電源的問題，出現(xiàn)這種原因只要有2個(gè)，第一，沒有人愿意接觸這個(gè)東西，因?yàn)樗械娜硕枷朐O(shè)計(jì)更能令人振奮的電路，并且擁有電源方面專門只是的工程師，第二，在系統(tǒng)調(diào)試階段，一般由通用電源提供系統(tǒng)所需的電能，只有在產(chǎn)品集成的時(shí)候才會(huì)有人說：“啊呀，我們忘記設(shè)計(jì)電源了！”所以本篇章所概述的就是電源方面的知識(shí)，希望能讓更多的人了解開關(guān)電源，重視開關(guān)電源。</p><p>

6、　　三、開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展</p><p>　　3.1、國(guó)際發(fā)展?fàn)顩r</p><p><b>　　（1）發(fā)展史</b></p><p>　　1955年美國(guó)科學(xué)家羅耶(G.H.Rover)，首先研制成功了利用磁芯的飽和來進(jìn)行自激震蕩的晶體管直流變換器，此后，利用這一技術(shù)的各種形式的晶體管直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來，從而取代了早期采用的壽命短

7、，可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)式和機(jī)械振子式換流設(shè)備，由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以由此而研制的穩(wěn)壓電源的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕。因而當(dāng)時(shí)被廣泛應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備上，由于那時(shí)的微電子及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓較高，開關(guān)速度較高，功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。</p><p>　　60年代末，由于微電子技術(shù)的

8、快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流，濾波后輸入，不需要有功頻變壓器降壓了，從而極大的擴(kuò)大了它的范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無(wú)功頻降壓變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源，省掉了功頻變壓器，可使開關(guān)電源的體積和重量大為減小，開關(guān)穩(wěn)壓才真正做到了效率高、體積小、重量輕。</p><p>　　70年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管，高頻電容，開關(guān)二極管，開關(guān)變壓器鐵心等元器件也不斷的被研制

9、和生產(chǎn)出來，使無(wú)功頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速發(fā)展，并且被廣泛地應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域中，從而使無(wú)功頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源設(shè)備中成為佼佼者。 </p><p>　?。?）目前存在的困難</p><p>　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電技術(shù)的高速發(fā)展，集成度高、功率強(qiáng)的大規(guī)模的集成電路的不斷出現(xiàn)，使得電子設(shè)備的體積在不斷的縮小，重量在不斷

10、的減輕，所以從事這方面的研究和生產(chǎn)的人們對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓電源中開關(guān)變壓器還感到不是十分的理想，他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開關(guān)變壓器或者通過別的途徑來取代開關(guān)變壓器，使之能過滿足電子儀器和設(shè)備微小型化的需要。這是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制的科技人員目前正在克服的第一困難。</p><p>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率與開關(guān)管的變換速度成正比的，并且開關(guān)穩(wěn)壓電源中采用了開關(guān)變壓器以后，才能使之一組輸入得到極性、大

11、小各不相同的多組輸出，要進(jìn)一步提高開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率，就必須提高電源的工作頻率。但是，當(dāng)頻率提高以后，對(duì)整個(gè)電路中的元器件又有了新的要求，高頻電容、開關(guān)管、開關(guān)變壓器、儲(chǔ)能電感等都會(huì)出現(xiàn)新的問題，近一步研制適應(yīng)高頻率工作的有關(guān)電路元器件，是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第二困難。</p><p>　　工作在線性狀態(tài)的線性穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因而串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開關(guān)干擾，且紋波電壓輸出較

12、小。但是，開關(guān)穩(wěn)壓電源的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，其交變電壓和電流會(huì)通過電路中的元器件產(chǎn)生較強(qiáng)的尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾就會(huì)污染市電電網(wǎng)，影響臨近的電子儀器及設(shè)備的正常工作。隨著開關(guān)穩(wěn)壓電源電路和抑制干擾措施的不斷改進(jìn)，開關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)得到進(jìn)一步克服，可以達(dá)到不妨礙一般的電子儀器、設(shè)備和家用電器正常工作的程度。但是，在一些精密電子儀器中，由于開關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，卻使它不能得到使用。所以，克服穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高它的使

13、用范圍，是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第三個(gè)問題。</p><p>　　3.2、國(guó)內(nèi)發(fā)展情況</p><p>　　我國(guó)的晶體管直流變換器及開關(guān)穩(wěn)壓電源工作開始郁60年代初期，到60年代中期進(jìn)入了實(shí)用階段，70年代初期開始研制無(wú)功頻降壓變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源，并且應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、電視等方面，取得了較好的效果。工作頻率為100kHZ~200kHZ的高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源于80年代初期就已

14、開始試制，90年代初期就已試制成功。目前正在走向?qū)嵱秒A段和再進(jìn)一步提高工作頻率。許多年來，雖然我國(guó)在無(wú)功頻降壓開關(guān)穩(wěn)壓電源方面作出了巨大的努力，并取得了可喜的成果。但是，目前，我國(guó)的開關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)與一些先進(jìn)的國(guó)家相比仍有較大的差距。此外，這些年來，我國(guó)雖然把無(wú)功頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率從數(shù)十kHZ提高到數(shù)百kHZ，把輸出功率提高到數(shù)百瓦甚至數(shù)千瓦，但是我國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)和工藝跟不上時(shí)代的發(fā)展，導(dǎo)致我們自己研制的無(wú)功頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓

15、電源中的開關(guān)管大部分采用仍是進(jìn)口的晶體管。所以我國(guó)的開關(guān)穩(wěn)壓電源事業(yè)要發(fā)展，要趕超世界先進(jìn)水平，最根本的是要提高我國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)和工藝。</p><p><b>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的種類</b></p><p>　　現(xiàn)在，電子技術(shù)和應(yīng)用迅速的發(fā)展，對(duì)電子儀器和設(shè)備的要求是：在性能上，更加安全可靠；在功能上，不斷地增加；在使用上，自動(dòng)化程度要越來越高；在體積上，要日趨小型

16、化。這使采用具有更多優(yōu)點(diǎn)的開關(guān)穩(wěn)壓電源就顯的更加重要了。所以，開關(guān)穩(wěn)壓電源在計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等方面都得到了越來越廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了巨大的作用，這大大促進(jìn)了開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展，從事這方面的研究和生產(chǎn)人員也越來越多。圖1-3給出了各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖。</p><p>　　常見的開關(guān)穩(wěn)壓電源分類方法有已下幾種：</p><p><b>　　按激勵(lì)方式劃分<

17、;/b></p><p><b>　?。?）他激式</b></p><p>　　電路中專設(shè)激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生的振蕩器，電路形式如圖1-3（c）所示。</p><p><b>　?。?）自激式</b></p><p>　　開關(guān)管兼作振蕩器中的振蕩管，電路形式如圖1-3（d）所示</p>

18、<p><b>　　按調(diào)制方式劃分</b></p><p><b>　　（1）脈沖調(diào)制形</b></p><p>　　振蕩頻率保持不變，通過改變脈沖寬度來改變和調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，有時(shí)通過取樣電路，耦合電路等構(gòu)成反饋閉環(huán)回路，來穩(wěn)定輸出電壓的幅度。</p><p><b>　?。?）頻率調(diào)整型</

19、b></p><p>　　頻率調(diào)整型占空比保持不變，通過改變振蕩器的振蕩頻率來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的幅度。</p><p><b>　?。?）混合型 </b></p><p>　　通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間的振蕩頻率來完成調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓幅度的目的。</p><p>　　按開關(guān)管電流的工作方式劃分</p>&l

20、t;p><b>　?。?）開關(guān)型</b></p><p>　　用開關(guān)晶體管把直流變成高頻標(biāo)準(zhǔn)方式，電路形式類似于他激式。</p><p><b>　?。?）諧振型</b></p><p>　　開關(guān)晶體管與LC諧振回路將直流變成標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，電路形式類似于自激式。</p><p>　　按開關(guān)晶體

21、管的類型劃分</p><p><b>　?。?）晶體管型</b></p><p>　　采用晶體管作為開關(guān)管，電路形式如圖1-3（b）所示。</p><p><b>　?。?）可控硅型</b></p><p>　　采用可控硅作為開關(guān)管，這種電路的特點(diǎn)是直接輸交流電，不需要一次整流部分，其電路形式如圖1

22、-3（g）所示。</p><p>　　按儲(chǔ)能電感與負(fù)載的連接方式劃分</p><p><b>　?。?）串聯(lián)型</b></p><p>　　儲(chǔ)能電感串聯(lián)在輸入與輸出電壓之間，電路形式如圖1-3（a）所示。</p><p>　　（2）并聯(lián)型 </p><p>　　儲(chǔ)能電感并聯(lián)在輸入與輸出電壓

23、之間，電路形式如圖1-3（b）所示。</p><p>　　5、按晶體管的連接方式劃分</p><p><b>　?。?）單端式</b></p><p>　　僅使用一個(gè)晶體管作為電路中的開關(guān)管，這種電路的特點(diǎn)是價(jià)格低，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出功率不能提高，其電路形式如圖1-3（a）（b）（c）。</p><p><b&g

24、t;　　(2)推挽式</b></p><p>　　使用兩個(gè)開關(guān)晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式，這種電路的特點(diǎn)是開關(guān)變壓器必須是有中心抽頭，電路形式如圖1-3（I）所示</p><p><b>　?。?）半橋式</b></p><p>　　使用兩個(gè)開關(guān)晶體管，將其連接成半橋的形式，它的特點(diǎn)是適應(yīng)于輸入電壓較高的場(chǎng)合，其電路形式如

25、圖1-3（m）所示。</p><p><b>　?。?）全橋式</b></p><p>　　使用四個(gè)開關(guān)晶體管，將其連接成全橋的形式，它的特點(diǎn)是輸出功率較大，其電路形式如圖1-3（h）所示。</p><p>　　按輸入與輸出電壓大小劃分</p><p><b>　　（1）升壓式</b></p&

26、gt;<p>　　輸出電壓比輸入電壓高，實(shí)際就是并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　?。?）降壓式</b></p><p>　　輸出電壓比輸入電壓低，實(shí)際就是串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　按工作方式劃分</b></p><p><b>　?。?

27、）可控整流型</b></p><p>　　所謂可控整流型開關(guān)穩(wěn)壓電源，是指采用可控硅整流元件作為調(diào)整開關(guān)管，可由交流市電電網(wǎng)直接供電，在可工作的半波內(nèi)，截去正弦曲線的前一部分，這一部分所占角度稱為截止角，導(dǎo)通的正弦曲線后一部分稱為導(dǎo)通角，依靠調(diào)節(jié)導(dǎo)通角的大小，可達(dá)到調(diào)整輸出電壓和穩(wěn)定輸出電壓的目的，其電路形式如圖1-3（f）所示。</p><p><b>　?。?）斬

28、波型</b></p><p>　　斬波型開關(guān)穩(wěn)壓電源是指直流供電，輸入直流電壓加到開關(guān)電路上，在開關(guān)電路的輸出端得到單相的脈動(dòng)直流，經(jīng)過濾波得到與輸入電壓不同的穩(wěn)定的直流輸出電壓。電路還從輸出電壓取樣，經(jīng)過比較、放大，控制脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，用以控制調(diào)整開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間和截止時(shí)間的長(zhǎng)短和開關(guān)的工作頻率，最后達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的，電路的過壓保護(hù)電路也是依據(jù)這一部分所提供的取樣信號(hào)來進(jìn)行工作的，斬

29、波型電路形式如圖1-3（e）所示。</p><p><b>　?。?）隔離型</b></p><p>　　這種形式的開關(guān)電源是在輸入回路與逆變電路之間，經(jīng)過高頻變壓器，利用磁場(chǎng)的變化實(shí)現(xiàn)能量傳遞，沒有電流間的之間流通，隔離型開關(guān)穩(wěn)壓電源采用直流供電，經(jīng)過開關(guān)電路將直流電變成頻率很高的交流電，再經(jīng)變壓器隔離、變壓，然后經(jīng)整流器整流，最后就可以得到新的、極性和數(shù)值各不相同

30、的多組直流輸出電壓。電路從輸出端取樣，經(jīng)放大后反饋至開關(guān)控制端，控制驅(qū)動(dòng)電路的工作，最后達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的，這種形式的開關(guān)穩(wěn)壓電源在實(shí)際中應(yīng)用的最為廣泛。</p><p><b>　　按電路結(jié)構(gòu)劃分</b></p><p><b>　?。?）散件式</b></p><p>　　整個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源電路都是采用分立式元器件組

31、成的，它的電路形式較為復(fù)雜，可靠性較差。</p><p><b>　　（2）集成電路式</b></p><p>　　整個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源電路或電路的一部分是由集成電路組成的，這種集成電路通常為厚膜電路。有的厚膜集成電路包括開關(guān)晶體管，有的則不包括開關(guān)晶體管。這種電源的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、可靠性高。彩色電視機(jī)中常采用這種開關(guān)電源。</p><p

32、>　　以上五花八門的開關(guān)穩(wěn)壓電源都是站在不同的角度，已開關(guān)穩(wěn)壓電源不同的特點(diǎn)命名的。圖1-3示出開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖。盡管電路的激勵(lì)方法、輸出直流電壓的調(diào)節(jié)手段、儲(chǔ)能電感的連接方式、開關(guān)管的器件種類以及串并聯(lián)結(jié)構(gòu)各不相同，但是它們最后總可以歸結(jié)為串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源這兩大類。</p><p>　　五、開關(guān)穩(wěn)壓電源原理分析</p><p>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源分為串聯(lián)型

33、、并聯(lián)型，本篇章主要以串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源作與案例分析。</p><p><b>　　串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　1.1結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖1-4是串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖及電路中各點(diǎn)的波形圖，由圖可見，串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是由一次整流和濾波、開關(guān)晶體管V、續(xù)流二極管VD、儲(chǔ)能電

34、感L和濾波電容C組成。復(fù)雜的串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源電路還包括取樣、基準(zhǔn)、放大、調(diào)節(jié)和驅(qū)動(dòng)等電路。</p><p>　　為了分析方便和統(tǒng)一，對(duì)一些常用的物理量符號(hào)定義如下：</p><p>　　Ui——直流變換器輸入電壓；</p><p>　　Ii——開關(guān)晶體管的導(dǎo)通電流；</p><p>　　Ip——續(xù)流二極管等正向電流；</p>

35、<p>　　Uc——開關(guān)晶體管的集電極對(duì)發(fā)射極的電壓降；</p><p>　　IL——儲(chǔ)能電感中流過的電流；</p><p>　　RL——供電系統(tǒng)的等效電阻；</p><p>　　I0——開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電流；</p><p>　　U0——開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓；</p><p>　　Ton——開關(guān)晶體管的

36、導(dǎo)通時(shí)間，即開關(guān)管集電極輸出方波或正弦波正半周的寬度；</p><p>　　Toff——開關(guān)晶體管的截止時(shí)間，即開關(guān)管集電極輸出方波或正弦波低電平的寬度；</p><p>　　T——開關(guān)管由開到管一個(gè)周期所用的時(shí)間，即T=Ton+Toff；</p><p>　　F——開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率，它與周期時(shí)間T之間的關(guān)系為1/T;</p><p>

37、　　δ——開關(guān)穩(wěn)壓電源的占空比，也稱為占空系數(shù)，δ=Ton/T;</p><p>　　η——開關(guān)穩(wěn)壓電源的轉(zhuǎn)換效率，它等于輸出功率Pu與輸入功率Pi的比值，即η=Pu/Pi；</p><p>　　T0——上升時(shí)間，開關(guān)管由完全截止到完全導(dǎo)通的時(shí)間；</p><p>　　Tf——下降時(shí)間，開關(guān)管由完全導(dǎo)通到完全截止的時(shí)間；</p><p>　　

38、I0——存儲(chǔ)時(shí)間，是開關(guān)管由飽和導(dǎo)通向截止轉(zhuǎn)換時(shí)所出現(xiàn)的一段存儲(chǔ)時(shí)間。</p><p>　　此外，這里只給出了發(fā)射極輸出型的串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖和個(gè)點(diǎn)的輸出波形，沒有給出集電極輸出型串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖和各點(diǎn)波形，這是因?yàn)樗麄兊墓ぷ髟矶际且粯拥?，只是輸入和輸出的電流、電壓極性相反，因而本篇章不在重復(fù)討論。</p><p><b>　　1.2 工作原理</b&

39、gt;</p><p>　　把圖1-4中所示的標(biāo)準(zhǔn)方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到開關(guān)晶體管V的基極，這樣開關(guān)管V就會(huì)周期性的開和關(guān)，開關(guān)周期為T=Ton+Toff，占空系數(shù)為δ=Ton/T(δ<1).它的工作過程可以從開關(guān)管的導(dǎo)通、截止以及開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡等過程來理解。</p><p>　　（1）Ton=T1-T0期間，開關(guān)管V導(dǎo)通，續(xù)流二極管因反向偏置而截止，儲(chǔ)能電感L兩端所加的電壓Ui-U

40、0,雖然輸入電壓Ui是一個(gè)直流電壓，但L中的電流不能突變，而在V導(dǎo)通的Ton期間電流Ic1將線性上升，并已磁能的形式在儲(chǔ)能電感中儲(chǔ)存能量，這時(shí)，L中的電流IL1為</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　式中，ILo為To時(shí)刻的儲(chǔ)能電感中的電流，即為起始電流。在T1時(shí)刻，也就是驅(qū)動(dòng)方波正半周要結(jié)束的時(shí)刻，L中的電流上升到最大值，其大小為&l

41、t;/p><p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　式中（1—1）和（1—2）可以計(jì)算出L中電流變化的最大值△ILm為(1-3)</p><p>　　(2)在Toff=t1-t2期間，開關(guān)管V截止，但是在T1時(shí)刻，V剛剛截止，儲(chǔ)能電感L中的電流不能突變，于是L中的兩端就產(chǎn)生了與原來電壓極性相反的自感電動(dòng)勢(shì)。此時(shí)，續(xù)流二極管VD開始

42、正向?qū)ǎ琇中的磁能將通過VD和負(fù)載電阻RL開始泄放。這里的二極管VD起著續(xù)流和補(bǔ)充電流的作用，這也正是它稱為續(xù)流二極管的原因。此時(shí)泄放掉的電流iLD的波形將是鋸齒波中隨時(shí)間線性下降的那一段電流。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將二極管VD的導(dǎo)通壓降近似為0，因而L兩端的電壓近似為Ui，L中的電流為iL2為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　在T=T2

43、時(shí)，L中的電流達(dá)到最小值Itmin，其大小為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　由式（1-4）和（1-5）可以計(jì)算出在開關(guān)管截止的這段時(shí)間里L(fēng)中電流變化的最大值△Imax2為</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　?。?）只有當(dāng)開關(guān)管V

44、導(dǎo)通期間Ton內(nèi)儲(chǔ)能電感L增加的電流△Imax1等于開關(guān)管V截止期間Toff內(nèi)儲(chǔ)能電感L中減少的電流△Imax2，這樣才能達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，才能保證儲(chǔ)能電感L中一直有能量，才能源源不斷的給負(fù)載電阻RL提供能量和功率，這是構(gòu)成電源最基本的條件，所以下面的關(guān)系式一定成立；</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　將式（1-7）化簡(jiǎn)整理后得到輸出電壓

45、Uo與輸入電壓Ui之間的關(guān)系：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　這就是串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系式，由此關(guān)系式就可壓得出以下結(jié)論：</p><p>　　δ為驅(qū)動(dòng)方波的占空比，串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電壓U0與輸入電壓Ui之間的比值也正剛好等于這個(gè)占空比。由于占空比總是小于1的，所以U0也總

46、是小于Ui的，故常被成為下降型開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　式（1-8）中的占空系數(shù)δ與開關(guān)管V的導(dǎo)通時(shí)間Ton有關(guān)，若保持開關(guān)的周期T不變，責(zé)通過改變開關(guān)管V的導(dǎo)通時(shí)間Ton，就可以改變和調(diào)節(jié)輸出電壓U0的大小，因此，由此而設(shè)計(jì)出的開關(guān)穩(wěn)壓電源通常稱為調(diào)寬型開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　δ占空比不但與開關(guān)管V的導(dǎo)通時(shí)間Lon有關(guān)，而且也與開關(guān)管V開與管的周期時(shí)間T有關(guān)，也就是

47、工作頻率f有關(guān)，所以，保持其他條件不變，只改變開關(guān)V的周期時(shí)間T，同樣也可以使輸出電壓U0發(fā)生變化，這就是頻率調(diào)制型，開關(guān)電源的基本原理。</p><p>　　同時(shí)改變開關(guān)管V的導(dǎo)通時(shí)間Ton和開與管的周期時(shí)間T，同樣也可以起到調(diào)節(jié)和改變占空系數(shù)δ或者輸出電壓U0，根據(jù)這樣的原理而得到的開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常稱為混合型開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　1.3 幾個(gè)重要參數(shù)的計(jì)算</p&

48、gt;<p>　　輸出電壓波紋值△U0的計(jì)算</p><p>　　由開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖1-2可見，濾波電容C兩端的電壓實(shí)際上就等于開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U0，那么電容兩端電壓的變化量實(shí)際上也就是我們所要計(jì)算的開關(guān)穩(wěn)壓電源電壓紋波值△U0。從圖1-4電容兩端電壓Uc的波紋圖中就可以看到，在開關(guān)管導(dǎo)通期間，電容C就開始充電，沖至與Ui相等的值時(shí)，開關(guān)管V截止，并且在這段時(shí)間內(nèi)，濾波電容C不斷被充電，

49、C兩端電壓不斷上升，最后達(dá)到電壓最大值，設(shè)這段時(shí)間內(nèi)電容C兩端電壓的變化量△U02，那么就有：△U0=△U01+△U02 （1-9）</p><p><b>　　U01的計(jì)算</b></p><p>　　從圖1-4中Ic、IL及Uc的波形圖中可以看出，設(shè)T=T0時(shí)，開關(guān)調(diào)整管V開始導(dǎo)通，濾波電容C放電電流開始減小，，在經(jīng)過Ion/2之后，C的放電電流等于0，此時(shí)電容

50、C兩端電壓具有最小值，然后C開始放電，電容C兩端的電壓開始上升。但電容C的充電一直持續(xù)到經(jīng)過Ton時(shí)間，開關(guān)管V開始截止，這段時(shí)間內(nèi)電容C來那個(gè)端電壓的變化值△U0t取決于電容器充電電流Ic和充電時(shí)間，故△U0t為</p><p><b>　　（1-10）</b></p><p>　　從圖1-4中可以得到：</p><p>　　iL=Ic+I0

51、 Ic= iL- I0 （1-11）</p><p><b>　　而，所以就有</b></p><p><b>　　(1-12)</b></p><p>　　由于流過儲(chǔ)能電感L中的平均電流值就等于負(fù)載電阻RL上流過的電流值I0,因而有：(1-13)</p><p>　　Ilmin的表達(dá)式（

52、1-5）和I0的表達(dá)式（1-13）代入（1-12），就可以得到電容器充電電流Ic的表達(dá)式：</p><p><b>　　（1-14）</b></p><p>　　然后把式（1-14）代入（1-10）便可求的△U01為：</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　?。?）△U

53、02的計(jì)算</p><p>　　△U02的計(jì)算就是濾波電容C從原有的電壓U0繼續(xù)向上充電，一直沖到經(jīng)過Ioff/2時(shí)間，C上電壓沖到最大值，也就是在開關(guān)管V截止的一半時(shí)間內(nèi)電容C上的電壓的增量△U02為：</p><p><b>　　（1-16）</b></p><p>　　在開關(guān)管V截止期間，即Toff（T1~T2）期間，負(fù)載RL所需的能量由

54、儲(chǔ)存電感L通過續(xù)流二極管VD供給，所以可以得下列方程：</p><p><b>　　（1-17）</b></p><p><b>　　由此可以得到</b></p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　把式（1-18）代入（1-11）就可以得到開關(guān)管V在

55、截止期間電容C中電流Ic的表達(dá)式：</p><p><b>　　（1-19）</b></p><p>　　同理，可把式（1-5）和式（1-13）分別代入式（1-19），消去（Ilman-I0）后得到：</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　最后把式（1-20）代入式（

56、1-16）可以得到△U02為：</p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　將式（1-15）和式（1-21）代入式（1-9）中，就可以得到濾波電容C兩端電壓的波動(dòng)值△U0：</p><p><b>　　（1-22）</b></p><p><b>　?。?-23）

57、</b></p><p>　　由式（1-22）和式（1-23）可見：要降低開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電壓紋波值，除以輸入電壓Ui與輸出電壓U0有關(guān)以外，增大儲(chǔ)能電感L和濾波電容C的值就可以得到顯著效果。此外，降低開關(guān)調(diào)整管V的工作周期時(shí)間T也能收到同樣的效果。</p><p>　　（3）上面分兩部所計(jì)算出的只是串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出紋波電壓中開關(guān)頻率波紋值，即工頻波紋和開關(guān)轉(zhuǎn)換波紋。<

58、;/p><p>　　以上就是串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理分析。</p><p>　　六、Protel制板</p><p>　　6.1Protel制板步驟方法及注意問題</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)與制作，并且普及到中小型企業(yè)及高校中。其中，protel設(shè)計(jì)系統(tǒng)就是一套被引入window

59、s環(huán)境的EDA開發(fā)工具，以其高度的集成性和擴(kuò)展性著稱于世。它具有原理圖設(shè)計(jì)、PCB電路板設(shè)計(jì)、層次原理圖設(shè)計(jì)、報(bào)表制作、電路仿真以及邏輯器件設(shè)計(jì)等功能，是電子工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的最有用的軟件之一。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用Protel99SE作為電路設(shè)計(jì)、仿真及PCB制作的工具，下面簡(jiǎn)要介紹一下設(shè)計(jì)中原理圖及PCB板的制作步驟，即注意問題。</p><p><b>　　6

60、.2原理圖的繪制</b></p><p>　　首先，打開Protel99SE，在新建的Schematic Document中加載元件庫(kù)，（如Miscellanous Diveces.lib;Sim.ddb等常用庫(kù)）,如果在已加載的元件庫(kù)中不能找到所需器件，可通過Find查找器件所在的庫(kù)并添加。其次，在添加的元件庫(kù)中找到所需的元件并放置在原理圖編輯器中還可以根據(jù)元件的外形或個(gè)人習(xí)慣放置和調(diào)整元件位置（并

61、設(shè)置元件的參數(shù)和封裝形式）。所有元件放置完畢后即可根據(jù)電路圖連線生成原理圖。</p><p>　　6.3 PCB板的制作</p><p>　　首先，根據(jù)5.1.1中的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表和元件清單，其次，在新建的PCBDocument中Keepoutlayer層設(shè)置相應(yīng)的區(qū)域，加載網(wǎng)絡(luò)表，并通過自動(dòng)布局、自動(dòng)布線及手動(dòng)調(diào)整，產(chǎn)生PCB 圖。將生成的PCB 圖通過轉(zhuǎn)印紙轉(zhuǎn)移到覆銅板上，經(jīng)腐蝕產(chǎn)生

62、PCB板。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是電子線路中的高頻部分，因此，生成的PCB板應(yīng)注意元件之間的引線要盡可能短，要采用大面積接地方式，集成電路芯片的電源兩端接小電容以防止高頻干擾。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　王水平 付敏江編著 開關(guān)穩(wěn)壓電源 1995 ，12</p><p>