恒壓源課程設(shè)計(jì)報(bào)告---開關(guān)恒壓源設(shè)計(jì)

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

2、多，對(duì)穩(wěn)壓電源的要求更加靈活多樣。電子設(shè)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(shè)計(jì)上也從傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)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(shè)計(jì)中的開關(guān)穩(wěn)壓電源采用功率MOSFET（電力電子器件）作為開關(guān)管，通過TL494產(chǎn)生PWM信號(hào)控制其開通和關(guān)斷。電壓范圍：0~12V可調(diào)，負(fù)載電流不超過3A。</p><p>　　

3、關(guān)鍵詞 ： 開關(guān)穩(wěn)壓電源 MOSFET TL494</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.開關(guān)穩(wěn)壓源簡(jiǎn)介…………………………………………………………………1</p><p>　　2.方案比較…………………………………………………………………………3</p><p>　　3.TL

4、494簡(jiǎn)介………………………………………………………………………6</p><p>　　4.電路原理圖及調(diào)試圖……………………………………………………………9</p><p>　　5.實(shí)物圖……………………………………………………………………………11</p><p>　　6.收獲………………………………………………………………………………11</p>

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

6、　開關(guān)穩(wěn)壓電源是什么？</p><p>　　根據(jù)調(diào)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(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源是一種比較新型的電源。開關(guān)穩(wěn)壓電源(以下簡(jiǎn)稱開關(guān)電源)問世后，在很多領(lǐng)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(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿，但功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)。隨著脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展，PWM開關(guān)電源問世，它的特點(diǎn)是用20kHz的載波進(jìn)行脈沖寬

7、度調(diào)制，電源的效率可達(dá)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(guān)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(guān)注，在電源技術(shù)發(fā)展史上被譽(yù)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(guān)電源以及用電池

8、的便攜式電子設(shè)備(如手提計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話等)更需要小型化、輕量化的電源。因此，對(duì)開關(guān)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(guān)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(jìn)了開關(guān)電源的不斷發(fā)展和進(jìn)步。</p><p><b>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源原理</b></p><p>　　通過下圖，我們來簡(jiǎn)單的說說降壓型開關(guān)電源的工作

9、原理。如圖所示，電路由開關(guān)K（實(shí)際電路中為三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管），續(xù)流二極管D，儲(chǔ)能電感L，濾波電容C等構(gòu)成。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電源通過開關(guān)K、電感L給負(fù)載供電，并將部分電能儲(chǔ)存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。一定時(shí)間后，開關(guān)斷開，由于電感L的自感作用（可以比較形象的認(rèn)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(fù)載，從地線返回，流到續(xù)

10、流二極管D的正極，經(jīng)過二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個(gè)回路。通過控制開關(guān)閉合跟斷開的時(shí)間（即PWM——脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。如果通過檢測(cè)輸出電壓來控制開、關(guān)的時(shí)間，以保持輸出電壓不變，這就實(shí)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(huì)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(guān)電路形式。開關(guān)管V1受占空比為D的PWM波的控制，交替導(dǎo)通或截止，再經(jīng)L和C濾波器在負(fù)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(dá)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(guān)電路形式</p><p>　　圖2 并聯(lián)開關(guān)電路形式</p><p>　　圖3 串并聯(lián)開關(guān)電路形式</p><p><b>　　4</b></p><p>　　方案

13、二：并聯(lián)開關(guān)電路形式。并聯(lián)開關(guān)電路原理與串聯(lián)開關(guān)電路類似，但此電路為升壓型電路，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電感儲(chǔ)能，截止時(shí)電感能量輸出。只要電感繞制合理，能達(dá)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(guān)電路形式。實(shí)際上此電路是在串聯(lián)開關(guān)電路后接入一個(gè)并聯(lián)開關(guān)電路。用電感的儲(chǔ)能特性來實(shí)現(xiàn)升降壓，電路控制復(fù)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(jī)產(chǎn)生PWM波,控制開關(guān)的導(dǎo)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(shè)定值。負(fù)載電流在康銅絲上的取樣經(jīng)A/D后輸入單片機(jī)，當(dāng)該電壓達(dá)到一定值時(shí)關(guān)閉開關(guān)管，形成過流保護(hù)。該方案主要由軟件實(shí)現(xiàn)，控制算法比較復(fù)雜，速度慢，輸出

15、電壓穩(wěn)定性不好，若想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜。</p><p>　　方案二：采用恒頻脈寬調(diào)制控制器TL494，這個(gè)芯片可推挽或單端輸出，工作頻率為1--300KHz，輸出電壓可達(dá)40V,內(nèi)有5V的電壓基準(zhǔn)，死區(qū)時(shí)間可以調(diào)整，輸出級(jí)的拉灌電流可達(dá)200mA，驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)。芯片內(nèi)部有兩個(gè)誤差比較器，一個(gè)電壓比較器和一個(gè)電流比較器。電流比較器可用于過流保護(hù)，電壓比較器可設(shè)置為閉環(huán)控制，調(diào)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(jiǎn)介</p><p>　　TL494 是一種頻率固定的脈沖寬度控制器，主要為開關(guān)電源控制器而設(shè)計(jì)。 </p><p><b>　　◇ 功能特性 ◇</b></p><p>　　● 完整的脈沖寬度調(diào)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(dòng)模式和被動(dòng)模式 </p><p>　　● 片上集成誤差放大器 </p><p>　　● 片上集成 5.0V基準(zhǔn)電壓 </p><p>　　● 可調(diào)整的死區(qū)時(shí)間控制 </p><p>　　●

18、輸出晶體管輸出和灌入電流可達(dá) 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(nèi)部原理圖，主要包括兩個(gè)放大器，一個(gè)振蕩器，一個(gè)T觸發(fā)器，及基準(zhǔn)源等。它是PWM信號(hào)的專用集成控制芯片。</p><p>　　圖

19、4 TL494內(nèi)部原理圖</p><p><b>　　7</b></p><p><b>　　圖5 軟啟動(dòng)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(shí)間控制段。當(dāng)引腳4上電壓為0—3V時(shí)，振蕩器輸出的鋸齒波電壓低于引腳4上的電壓，經(jīng)死區(qū)比較器比較，會(huì)使輸出晶體管截止，限制了輸出方波脈沖

20、的寬度增大。當(dāng)引腳4的電壓為0時(shí)，輸出方波脈沖的死區(qū)時(shí)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(zhǔn)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(dǎo)通時(shí)間逐漸增加，輸出電壓也逐漸增高，從而完成軟啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)間為 。</p><p>　　誤差放大器由外部電源Vcc供電，采用單電源運(yùn)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(gè)用于電壓控制，一個(gè)用于電流控制。當(dāng)誤差放大器輸出高電平時(shí)，輸出方波脈沖寬度變窄，反之變寬。</p><p>　　另外，TL494有兩個(gè)輸出晶體管，每個(gè)晶體管的工作電流達(dá)200mA?？梢则?qū)動(dòng)開關(guān)管的關(guān)斷。</p><p><b>　　8</b></p><

22、p>　　四：電路原理圖及調(diào)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(shí)物圖</b></p><p><b>　　六：收獲</b></p><p>　　經(jīng)過兩個(gè)星期的不斷努力，終于，我們小組把這個(gè)開關(guān)恒壓源設(shè)計(jì)給搞掂了。通過這次的課程設(shè)計(jì)，我們小組學(xué)會(huì)了使用ORCAD這一款電子設(shè)計(jì)軟件，這對(duì)我們有很大的幫助；同時(shí)，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(guān)。俗話說得好，實(shí)踐出真知。在這次課程設(shè)計(jì)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?？偠灾?jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，我們的知識(shí)水平都有了一定的提高。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 《電子技術(shù)基礎(chǔ)》， 康華光主編</p><p>　　2 《電力電子技術(shù)》，王兆安等編<