恒壓源課程設計報告---開關恒壓源設計

1、<p>　　《電力電子技術》課程設計</p><p><b>　　開關恒壓源設計</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　穩(wěn)壓電源就是其輸出電壓相對穩(wěn)定，它與人們的日常生活密切相關，也稱為穩(wěn)壓電源、穩(wěn)壓器等。隨著電子技術的發(fā)展，電子系統(tǒng)的應用領域越來越廣泛，電子設備的種類也越來越

2、多，對穩(wěn)壓電源的要求更加靈活多樣。電子設備的小型化和低成本化，使穩(wěn)壓電源朝輕、薄、小和高效率的方向發(fā)展。設計上也從傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調整穩(wěn)壓電源向高效率、體積小、重量輕的穩(wěn)壓電源迅速發(fā)展。</p><p>　　本設計中的開關穩(wěn)壓電源采用功率MOSFET（電力電子器件）作為開關管，通過TL494產生PWM信號控制其開通和關斷。電壓范圍：0~12V可調，負載電流不超過3A。</p><p>　　

3、關鍵詞 ： 開關穩(wěn)壓電源 MOSFET TL494</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.開關穩(wěn)壓源簡介…………………………………………………………………1</p><p>　　2.方案比較…………………………………………………………………………3</p><p>　　3.TL

4、494簡介………………………………………………………………………6</p><p>　　4.電路原理圖及調試圖……………………………………………………………9</p><p>　　5.實物圖……………………………………………………………………………11</p><p>　　6.收獲………………………………………………………………………………11</p>

5、<p>　　參考文獻……………………………………………………………………………11</p><p>　　任務分配表…………………………………………………………………………12</p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　一：穩(wěn)壓電源簡介</b></p><p>　

6、　開關穩(wěn)壓電源是什么？</p><p>　　根據(jù)調整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源。開關電源是一種比較新型的電源。開關穩(wěn)壓電源(以下簡稱開關電源)問世后，在很多領域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘管相控電源。早期出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關電源，其主電路拓撲與線性電源相仿，但功率晶體管工作于開關狀態(tài)。隨著脈寬調制(PWM)技術的發(fā)展，PWM開關電源問世，它的特點是用20kHz的載波進行脈沖寬

7、度調制，電源的效率可達65%~70%，而線性電源的效率只有30％~40％。因此，用工作頻率為20 kHz的PWM開關電源替代線性電源，可大幅度節(jié)約能源，從而引起了人們的廣泛關注，在電源技術發(fā)展史上被譽為20kHz革命。</p><p>　　隨著超大規(guī)模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多；而航天、潛艇、軍用開關電源以及用電池

8、的便攜式電子設備(如手提計算機、移動電話等)更需要小型化、輕量化的電源。因此，對開關電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。此外，還要求開關電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。這一切高新要求便促進了開關電源的不斷發(fā)展和進步。</p><p><b>　　開關穩(wěn)壓電源原理</b></p><p>　　通過下圖，我們來簡單的說說降壓型開關電源的工作

9、原理。如圖所示，電路由開關K（實際電路中為三極管或者場效應管），續(xù)流二極管D，儲能電感L，濾波電容C等構成。當開關閉合時，電源通過開關K、電感L給負載供電，并將部分電能儲存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開關接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達到電源電壓值。一定時間后，開關斷開，由于電感L的自感作用（可以比較形象的認為電感中的電流有慣性作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續(xù)流。這電流流過負載，從地線返回，流到續(xù)

10、流二極管D的正極，經過二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個回路。通過控制開關閉合跟斷開的時間（即PWM——脈沖寬度調制），就可以控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關的時間，以保持輸出電壓不變，這就實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。</p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　二：方案比較</b></p>&l

11、t;p>　　DC-DC變換有隔離和非隔離兩種。輸入輸出隔離的方式雖然安全，但是由于隔離變壓器的漏磁和損耗等會造成效率的降低，而本題沒有要求輸入輸出隔離，所以選擇非隔離方式，具體有以下幾種方案：</p><p>　　方案一：串聯(lián)開關電路形式。開關管V1受占空比為D的PWM波的控制，交替導通或截止，再經L和C濾波器在負載R上得到穩(wěn)定直流輸出電壓Uo。該電路屬于降壓型電路，達不到題目要求的30--36V的輸出電壓

12、。（見圖1）</p><p><b>　　3</b></p><p>　　圖1 串聯(lián)開關電路形式</p><p>　　圖2 并聯(lián)開關電路形式</p><p>　　圖3 串并聯(lián)開關電路形式</p><p><b>　　4</b></p><p>　　方案

13、二：并聯(lián)開關電路形式。并聯(lián)開關電路原理與串聯(lián)開關電路類似，但此電路為升壓型電路，開關導通時電感儲能，截止時電感能量輸出。只要電感繞制合理，能達到題目要求的30--36V，且輸出電壓Uo呈現(xiàn)連續(xù)平滑的特性。（見圖2）</p><p>　　方案三：串并聯(lián)開關電路形式。實際上此電路是在串聯(lián)開關電路后接入一個并聯(lián)開關電路。用電感的儲能特性來實現(xiàn)升降壓，電路控制復雜。（見圖3）</p><p>　　

14、由于本題只需升壓，故選擇方案二。</p><p><b>　　控制方法的方案選擇</b></p><p>　　方案一：采用單片機產生PWM波,控制開關的導通與截止。根據(jù)A/D后的反饋電壓程控改變占空比，使輸出電壓穩(wěn)定在設定值。負載電流在康銅絲上的取樣經A/D后輸入單片機，當該電壓達到一定值時關閉開關管，形成過流保護。該方案主要由軟件實現(xiàn)，控制算法比較復雜，速度慢，輸出

15、電壓穩(wěn)定性不好，若想實現(xiàn)自動恢復，實現(xiàn)起來比較復雜。</p><p>　　方案二：采用恒頻脈寬調制控制器TL494，這個芯片可推挽或單端輸出，工作頻率為1--300KHz，輸出電壓可達40V,內有5V的電壓基準，死區(qū)時間可以調整，輸出級的拉灌電流可達200mA，驅動能力較強。芯片內部有兩個誤差比較器，一個電壓比較器和一個電流比較器。電流比較器可用于過流保護，電壓比較器可設置為閉環(huán)控制，調整速度快。</p&g

16、t;<p>　　鑒于上面分析，選用方案二。</p><p>　　三 ：TL494簡介</p><p>　　TL494 是一種頻率固定的脈沖寬度控制器，主要為開關電源控制器而設計。 </p><p><b>　　◇ 功能特性 ◇</b></p><p>　　● 完整的脈沖寬度調制控制電路 </p>

17、;<p><b>　　6</b></p><p>　　● 片上的振蕩器可以工作在主動模式和被動模式 </p><p>　　● 片上集成誤差放大器 </p><p>　　● 片上集成 5.0V基準電壓 </p><p>　　● 可調整的死區(qū)時間控制 </p><p>　　●

18、輸出晶體管輸出和灌入電流可達 500mA </p><p>　　● 輸出控制可用于推挽式和單端式 </p><p><b>　　● 低壓鎖定）</b></p><p>　　圖4是TL494的內部原理圖，主要包括兩個放大器，一個振蕩器，一個T觸發(fā)器，及基準源等。它是PWM信號的專用集成控制芯片。</p><p>　　圖

19、4 TL494內部原理圖</p><p><b>　　7</b></p><p><b>　　圖5 軟啟動電路圖</b></p><p>　　TL494電路原理圖如圖5所示。引腳4為死區(qū)時間控制段。當引腳4上電壓為0—3V時，振蕩器輸出的鋸齒波電壓低于引腳4上的電壓，經死區(qū)比較器比較，會使輸出晶體管截止，限制了輸出方波脈沖

20、的寬度增大。當引腳4的電壓為0時，輸出方波脈沖的死區(qū)時間的占空比固定為3%。在引腳4與引腳14之間接入充電電容器Cchar，在電源Vcc接通瞬間，基準電壓Uref通過Cchar加到引腳4，使輸出晶體管截止。隨著Cchar上充電電壓的增加，引腳4上的電壓降低，使輸出晶體管的導通時間逐漸增加，輸出電壓也逐漸增高，從而完成軟啟動。啟動時間為 。</p><p>　　誤差放大器由外部電源Vcc供電，采用單電源運算放大器的

21、工作方式，共模輸入電壓范圍為-0.3~（Vcc-2）V。誤差放大器1和誤差放大器2性能相同，一個用于電壓控制，一個用于電流控制。當誤差放大器輸出高電平時，輸出方波脈沖寬度變窄，反之變寬。</p><p>　　另外，TL494有兩個輸出晶體管，每個晶體管的工作電流達200mA?？梢则寗娱_關管的關斷。</p><p><b>　　8</b></p><

22、p>　　四：電路原理圖及調試圖</p><p><b>　　圖6 電路原理圖</b></p><p><b>　　圖7 電路布線圖</b></p><p><b>　　9</b></p><p><b>　　10</b></p><

23、;p><b>　　五：實物圖</b></p><p><b>　　六：收獲</b></p><p>　　經過兩個星期的不斷努力，終于，我們小組把這個開關恒壓源設計給搞掂了。通過這次的課程設計，我們小組學會了使用ORCAD這一款電子設計軟件，這對我們有很大的幫助；同時，我們也了解了TL494這種器件，還了解到怎樣用PWM波形來控制MOSFET

24、的開關。俗話說得好，實踐出真知。在這次課程設計中，我們遇到了很多問題，可是，通過不斷地摸索，我們還是找到了解決問題的方案。總而言之，經過這次課程設計，我們的知識水平都有了一定的提高。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 《電子技術基礎》， 康華光主編</p><p>　　2 《電力電子技術》，王兆安等編<