畢業(yè)設(shè)計(jì)---三路輸出的開關(guān)電源系統(tǒng)-資料下載頁

【導(dǎo)讀】和電流檢測電路，對各個(gè)部分的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算并進(jìn)行了元器件的選型。DC/DC變換器、PWM控制、整流、濾波。開關(guān)電源當(dāng)前存在的問題-----------------------------------------------3. 2整流電路的設(shè)計(jì)---------------------------------------------5. 整流電路的選擇-----------------------------------------------------------5. 防止電流沖擊的設(shè)計(jì)-----------------------------------------------------7. 3DC/DC變換器的設(shè)計(jì)-----------------------------------------11. 功率轉(zhuǎn)換電路的選擇---------------------------------------------------12

　　

【正文】 入電壓低于 6V時(shí)，可把 1 16 腳短接，這時(shí) 5V電壓調(diào)整器不起作用。 (2)振蕩器 振蕩器的頻率由外接阻容 RT、 CT 決定，周期 (近似 )值 TS＝ RTCT，一般 RT 是 ? 到 ?K100 ； CT 是 f? 到 f? ，在本設(shè)計(jì)中，?? KRT 2 ， fCT ?? ；在 CT兩端可得到一個(gè)從 變化的鋸齒波，振蕩頻率可達(dá) 350KHZ，可直接帶外負(fù)載。振蕩器在輸出鋸齒波的同時(shí)輸出一組觸發(fā)脈沖，寬度取決于 CT的大小，實(shí)際寬度在 0． 5— 5 S? 。此脈沖在電路中有兩個(gè)作用： ① 控制死區(qū)時(shí)間。振蕩器輸出的觸發(fā)脈沖直接送到兩輸出級的或非 門作為封閉脈沖，以保證兩組三極管輸出不可能出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通；輸出死區(qū)時(shí)間 TD與 CT關(guān)系示于圖 42。 比較器誤差放大器VI電流限制器AI震蕩器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5 V 基準(zhǔn)調(diào)整器Q?P N PAP N PBP N PR210KR11KGNDGNDGNDGND地VS12345678910111213141516++V r e fCTRT到內(nèi)電路反相輸入同相輸入補(bǔ)償電流限制檢測+電流限制檢測閉鎖控制A 管C 極A 管E 極B 管E 極B 管C 極震蕩器輸出地Port 圖 41 GW1524 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ②作為觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖控制兩輸出通道的 開與關(guān)。觸發(fā)器要求此觸發(fā)脈沖的寬度不小于 ? 。因此，當(dāng)開關(guān)電源工作頻率高 (CT 為小值 )時(shí)在 3腳接 100pf 電容到地，以擴(kuò)展輸出脈沖的寬度。由于輸出觸發(fā)脹沖長江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 30 的最大寬度受工作周期和死區(qū)時(shí)間的限制， 3 腳到地的電容不能大于1000pf。 (3)誤差放大器 誤差放大器是差動輸入的放大器。它的增益標(biāo)稱值為 80dB，其大小由反饋或輸出負(fù)載來決定，輸出負(fù)載可以是純電阻，也可以是電阻性元件和電容的元件組合。該放大器共模輸入電壓范圍在 — 電壓分壓送至誤差放大 器 1腳 (正電壓輸出 )或 2腳 (負(fù)電壓輸出 )。為使電源系統(tǒng)穩(wěn)定，在 9腳對地之間接 RC 網(wǎng)絡(luò)，補(bǔ)償系統(tǒng)的幅頻，相頻響應(yīng)特性。 圖 42 輸出死區(qū)時(shí)間 TD與 CT關(guān)系 本控制器無專門的死區(qū)時(shí)間控制端，而是靠基準(zhǔn)電壓分壓至誤差放大器的輸出腳 9，限制 9腳的高電平數(shù)則控制了死區(qū)。為了不影響控制器的內(nèi)部性能，可在 9腳與分壓端之間串聯(lián)二極管，使 9腳電位低于分壓端電壓時(shí)分壓回路不起作用。 如果作為開環(huán)系統(tǒng)工作，在 9腳加控制電壓即能工作。 (4)電流限制器 AI 電流限制放大器 AI輸出與誤差放 大器的輸出并聯(lián)，控制脈沖的寬度。長江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 31 當(dāng) +與 端之間加 200mA的限流檢測電壓時(shí)，輸出占空比下降到 25％左右；檢測電壓再增加約 5％ ，輸出占空比為 0，所以必須小心地整定輸入信號電壓。一般不要超過 。 因該電路增益較低，控制脈寬時(shí)存在較大的延遲，電流開始限制值與實(shí)際工作會有一定的差值。 (5)閉鎖控制端 10 利用外部電路控制 10 腳電位，可關(guān)閉誤差放大器的輸出，為軟起動和過電壓保護(hù)等。 (6)比較器 CT 的鋸齒波電壓與誤差放大器的輸出電壓經(jīng)過比較器比較， CT 電壓高于誤差放大器的輸出電壓時(shí) ，比較器輸出高電平，或非門輸出低電平，輸出三極管截止。 (7)觸發(fā)器和或非門 經(jīng)觸發(fā)脈沖觸發(fā)，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩輸出端分別交替輸出高、低電平，以控制輸出級或非門輸入端。 (8)輸出級 由兩個(gè)中功率 NPN 管構(gòu)成的 ,每管有抗飽和電路和過流保護(hù)電路，每組可輸出 100mA,組間相互隔離。 GW1524 工作過程 直流電源 VS從 15 號腳引入分兩路；一路加到或非門；另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的 +5V 基準(zhǔn)電壓， +5V 再送到內(nèi)部 (或外部 )電路的其它元件作為電源。振蕩器 7 號腳需外接電容 CT， 6號腳需外接 電阻 RT。選用不同的 CT、 RT，即可調(diào)節(jié)振蕩器的頻率。振蕩器的輸出分為兩路：一路以時(shí)鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及二個(gè)或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相端。比較器的反相端連向誤差放大器。誤差放大器實(shí)際上是個(gè)差分放大器，它有兩個(gè)輸入端： 1號腳為反相輸入長江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 32 端； 2 號腳為同相輸入端，這兩個(gè)輸入端可根據(jù)應(yīng)用需要連接。一端可連到開關(guān)電源輸出電壓 V0的取樣電路上 (取樣信號電壓約 )，另一端連到 16號腳的分壓電路上 (應(yīng)取得 )，誤差放大器輸出 9號腳與地之間可接上電阻與電容，以進(jìn)行頻率補(bǔ)償。誤差放大器的 輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，從而在比較器的輸出端出現(xiàn)一個(gè)隨誤差放大器輸出電壓的高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個(gè)輸入端?；蚍情T另二輸入端分別為觸發(fā)器、振蕩鋸齒波。最后，在晶體管 A 和 B 上分別出現(xiàn)脈沖寬度隨 V0變化而變化的脈沖被，但兩者相位相差 180 度。 電壓反饋的唯一功能就是使輸出電壓保持在一個(gè)固定的值，電源系統(tǒng)中，對輸出電壓進(jìn)行分壓（分壓比例為電壓參考值與額定輸出電壓的比值），將此電壓與參考電壓的誤差通過誤差放大器，用于校正脈寬，使輸出電壓穩(wěn)定。由于 GW1524 內(nèi)部有誤差放大器，我們只需將輸出電壓檢測出來即可，本設(shè)計(jì)采用在主輸出端串電阻的方式檢測輸出電壓，并反饋到集成控制器，構(gòu)成閉環(huán)。 該電源是多路輸出的，為了改善輸出端的交叉調(diào)整性能，可以通過檢測多個(gè)輸出電壓來實(shí)現(xiàn)：將電壓檢測電阻分壓器的上臂用并聯(lián)電阻來實(shí)現(xiàn)。電阻分壓器的中點(diǎn)就成了電流的交匯點(diǎn)，總電流是每個(gè)被檢測的輸出端流出電流的總和。輸出功率大的輸出端，通常對輸出調(diào)節(jié)的要求比較高，因而應(yīng)占檢測電流的主要部分，每個(gè)輸出端占檢測電流的百分比表明了該輸出端被調(diào)節(jié)的程度。電阻分壓器的檢測電流取 2mA。 檢測電路如 圖 43 所示。 參考電壓選為 ,則分壓器下臂電阻??? KmAVR 。我們讓 15V輸出端的電流占檢測電流的 56%，12V 輸出端的電流占檢測電流的 34%， 5V 輸出端的電流占檢測電流的10%，則 ????? KmAVVR )2%10/ （）（ 長江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 33 ????? KmAVVR 14)2%34/ （）（ ????? KmAVVR )2%56/ （）（ 1 .2 5 KR11 2 .5 KR2電源輸出GNDOUT3OUT1OUT2R31 4 KR41 1 . 2 K電源輸出 圖 43 電壓檢測電路 電流模式控制具有動態(tài)反應(yīng)快、補(bǔ)償電路簡化、增益帶寬大、輸出電感小、易于均流等優(yōu)點(diǎn)，因而取得越來越 廣泛的應(yīng)用。而在電流模式的控制電路中，需要準(zhǔn)確、高效地測量電流值，故電流檢測電路的實(shí)現(xiàn)就成為一個(gè)重要的問題。在電流環(huán)的控制電路中，電流放大器通常選擇較大的增益，其好處是可以選擇一個(gè)較小的電阻來獲得足夠的檢測電壓，而檢測電阻小損耗也小。電流檢測電路的實(shí)現(xiàn)方法主要有兩類：電阻檢測（ resistivesensing）和電流互感器（ currentsensetransformer）檢測。 電阻檢測 當(dāng)使用電阻檢測法直接檢測開關(guān)管的電流時(shí)還必須在檢測電阻 RS 旁并 聯(lián)一個(gè)小 RC 濾波電路，因?yàn)楫?dāng)開關(guān)管斷開時(shí)集電極電 容放電，在電流檢測電阻上產(chǎn)生瞬態(tài)電流尖峰，此尖峰的脈寬和幅值常足以使電流放大器鎖定，從而使 PWM 電路出錯。但是在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，特別在設(shè)計(jì)大功率、長江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 34 大電流電路時(shí)采用電阻檢測的方法并不理想，因?yàn)闄z測電阻損耗大，達(dá)數(shù)瓦，甚至十幾瓦；而且很難找到幾百毫歐或幾十毫歐那么小的電阻。 電流互感器檢測 電流互感器檢測在保持良好波形的同時(shí)還具有較寬的帶寬，電流互感器還提供了電氣隔離，并且檢測電流小損耗也小，檢測電阻可選用稍大的值，如一二十歐的電阻。電流互感器將整個(gè)瞬態(tài)電流，包括直流分量耦合到副邊的檢測電阻上進(jìn)行測量 ，但同時(shí)也要求電流脈沖每次過零時(shí)磁芯能正常復(fù)位，尤其在平均電流模式控制中，電流互感器檢測更加適用，因?yàn)槠骄娏髂Ｊ娇刂浦斜粰z測的脈沖電流在每個(gè)開關(guān)周期中都回零。 UGN— 3501M 霍爾傳感器原理圖和 AD522 的外部引腳圖如圖 4圖 45 所示。 圖 44 UGN— 3501M 霍爾傳感器原理圖 圖 45 AD522 的引腳圖 長江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 35 集成 UGN— 3501M 霍爾傳感器具有高靈敏度，工作溫度范圍寬（ －20 +85℃ ）等特點(diǎn)，檢測電路以集成 AD522 芯片為放大級。 AD522 為雙端輸入 ,單端輸出的測量放大器。具 有高輸入阻抗，線性度良好等特點(diǎn)。AD522 管腳功能見圖 45。腳 3 為輸入端，腳 14 接電位器，調(diào)節(jié)增益，腳 4， 6 為調(diào)零端。 我們設(shè)計(jì)電流檢測電路如圖 46所示。 圖 46 直流檢測電路 圖中 RP1 為霍爾傳感器的線性度調(diào)節(jié)和消除不平衡電壓電位器； RP2為 AD522 調(diào)零電位器； RP3 為調(diào)增益電位器； C C2為直流電源（ 177。15V）濾去高次諧波和抗干擾電容； AD522 的 13 腳必須與屏蔽端相連，以提高抗干擾能力。當(dāng) AD522 增益 K 為 100 時(shí)， AD522 的線性度為 ﹪ 。共模抑制比為 100dB[2]。這樣整個(gè)檢測電路絕對線性度在 ﹪ 左右，因此該電路 具有較高的精度、良好的線性度 (絕對線性度為 ﹪ )和高精度 (最大相對誤差為 ﹪ )；電路結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。 啟動和集成電路供電電路設(shè)計(jì) 輸入高于直流電壓 20V 時(shí)，輸入電壓不能直接供電給控制芯片 IC GW1524，而需要采用輔助電源電路，這部分電路的主要功能是用一個(gè)分流或串聯(lián)的線形電源給控制器提供比較穩(wěn)定的電壓。 長江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 36 電源從完全關(guān)機(jī)狀態(tài)啟動，通常要求當(dāng)輸入功率加到電源上時(shí)，就要從輸入母線上汲取電流，啟動電路允許的輸入電壓比電源輸入電壓的最大電壓還 要高。 在這里我們采用穩(wěn)壓二極管（齊納二極管）分流電源。如圖 47 所示。 穩(wěn)壓二極管的型號選取 1N4120，其標(biāo)稱穩(wěn)定電壓 VVDZ 30? ，電流mAIDZ ? ，啟動電流 mAISTART ? 。 則由 KII VVR DZST A R T DZin 30100m in( m in) ????? ?? 可取 KR 8? ， fC ?15? 。 DZ CR1Vin(D C)R2R3+15V15V 圖 47 供電電路 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源電路擔(dān)負(fù)著向整個(gè)電子 設(shè)備各單元電路提供電壓和功率的任務(wù)，因此，開關(guān)電源電路一旦發(fā)生故障，整個(gè)電子設(shè)備就不能正常工作，嚴(yán)重時(shí)還會引起一系列的燒壞元器件典故，其后果極其嚴(yán)重。在開關(guān)穩(wěn)壓電路中，功率開關(guān)管工作在高電壓、大電流狀態(tài)之下，其故障率比小信號電路要高得多，這不僅要求功率開關(guān)管及其電源電路的可靠性高，而且還長江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 37 要設(shè)置一些必要的保護(hù)電路，使其在一旦出現(xiàn)故障或故障先兆時(shí)迅速切斷電源．以免故隙蔓延，損壞更多的無器件。 開關(guān)電源的保護(hù)電路主要是過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)。由于集成控制芯片可以實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，這里只設(shè)計(jì)過壓保護(hù)電路。 過電壓保護(hù) 電路采用使開關(guān)電源停止工作的方式，可使用晶閘管等保持使其電源停止工作的信號，切斷輸入側(cè)的反饋繞組。 圖 48 為過壓保護(hù)電路。如果有任何一路輸出端電壓超過其極限值， 將會向控制器的閉鎖引腳發(fā)送一高電平信號，使控制器閉瑣，輸出電壓迅速下降。 圖 48 過壓保護(hù)電路 R1100R2100R3100R4100D15VD212VD315VCN P N5V15V12V5VR5P N PR65V接閉鎖端長江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 38 5 結(jié)論及設(shè)想 經(jīng)過三個(gè)多月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)工作已經(jīng)基本完成。 本文中，我設(shè)計(jì)了一個(gè)具有三路輸出的開關(guān)電源系統(tǒng)， ， 三路輸出的指標(biāo)為： 15V， 4A； 12V、 3A； 5V、 2A，其原理圖見大圖或附錄 1，元器件清單見附錄 2。 通過查閱有關(guān)開關(guān)電源的資 料，將開關(guān)電源和線性電源進(jìn)行了對比，對開關(guān)電源的原理有一定了解，設(shè)計(jì)采用整體 — 局部 — 整體的方式，首先對開關(guān)電源的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，然后對各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，對各個(gè)部分的電路的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、對元器件選型，最后進(jìn)行系統(tǒng)的整合。在設(shè)計(jì)過程中參考了不少相關(guān)的電路，在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。 在設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)了自身存在的問題：由于及本人水平有限、經(jīng)驗(yàn)不足，對現(xiàn)實(shí)中存在的問題認(rèn)識不足，比如干擾問題；對參數(shù)計(jì)算和員器件的選型感到困難；查閱資料的能力有待提高。 由于時(shí)間的原因、條件限制以及自身水平的問題，我的設(shè)計(jì)還不完美，也沒有 進(jìn)行實(shí)物的制作，如果時(shí)間允許的話，我會進(jìn)一步做關(guān)于防止干擾