CDCD開關電源設計

CDCD開關電源設計,cdcd,開關電源,設計 1DC/DC 直流開關電源設計與實現(xiàn)XXX 姓名摘 要：本文主要介紹了 DC/DC 直流開關電源設計,在主回路中整流電路采用單相橋式、功率轉換電路采用單端正激功率轉換電路、采用增加副邊繞組的方法實現(xiàn)多路輸出；控制電路采用 PWM 控制，控制器采用開關電源集成控制器 GW1524、設計了過壓保護電路、電壓檢測電路和電流檢測電路?！娟P鍵詞】DC/DC 變換器、PWM 控制、整流、濾波。1 背景分析電子設備都離不開可靠的電源，進入 80 年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入 90 年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發(fā)展。2、開關電源的基本原理開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比調整輸出電壓，開關電源的基本構成如圖所示，DC-DC 變換器是進行功率變換的器件，是開關電源的核心部件，此外還有啟動電路、過流與過壓保護電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準電壓比較，其誤差通過誤差放大器進行放大，控制脈寬調制電路，再經過驅動電路控制半導體開關的通斷時間，從而調整輸出電壓。其結構圖如圖所示。V1 V0DC/DC 變換器驅動器 PWM比較放大取樣參考電壓23、整流電路的設計整流是將交流電變成脈動直流電的過程。電源變壓器輸出的交流電經整流電路得到一個大小變化但方向不變的脈動直流電。整流電路是由具有單向導電性的元件例如二極管、晶間管等整流元件組成的。整流電路的選擇如下：單相整流電路有兩種：電容輸入型電路和扼流圈輸入型電路電容輸入型的基本電路如圖 2-1：（a）為半波整流電路（b）為中間抽頭的全波整流電路（c）橋式整流電路（d）倍壓整流電路。1234BRIDGE11234BRIDGE11234BRIDGE11234BRIDGE1RRRC CCCSSCRRH(a) (b)(c) (d)4、 DC/DC 變換器的設計 DC/DC 變換器進行功率變換，是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比來調整輸出電壓，將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波，它是開關電源的核心部分，開關電源 DC/DC 變換器有多種電路方式，常有的有工作波形為方波的脈寬調制（PWM）變換器以及工作波形為正弦波的諧振變換器?；竟ぷ髟砣鐖D所示。它是一種控制開關 S 通/ 斷時間的比例，用電抗器與電容器蓄積能量的元件。3對續(xù)流的波形進行平滑處理，從而更有效地調整功率流的電路。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式 TS 不變，改變 ton（通用） ，二是頻率調制方式，t on 不變，改變 TS（易產生干擾） 。DC/ DC 變換器按輸入輸出的隔離方式分有隔離方式與非隔離方式；按開關的控制方式分有自勵式和它勵式，以及脈寬調制、脈頻調制與幅度調制等多種方式。5、單端正激變換器的設計單端正激變換器主回路如圖所示。它是在 Buck 電路的開關 S 與續(xù)流二極管 D 之間加入單端變壓隔離器而得到的。CD2D1D3T1TRANS1P1RLP2TTIGBT由于正激式變換器的隔離元件 T1 純粹是個變壓器，因此在輸出端需附加一個電感器 L 作為能量的儲藏及傳送元件。電路中必有一個續(xù)流二極管，同時也要注意到變壓器原邊和副邊線圈具有相同的同銘端。由于是正激工作方式，副邊有電感器，折算至原邊電感量較大。一般電感量越大越好，使得 IP 較小。變壓器 T1 的另一個繞組 P2 與二極管 Dl 串聯(lián)后接至 Vs。這個繞組主要起去磁復位的作用。6、 控制電路的設計PWM 開關穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源基本工作原理就是在輸入電壓變化、內部參數(shù)變化、外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環(huán)反饋，調節(jié)主電路開關器件的導通脈沖寬度，使得開關電源的輸出電壓或電流等被控制信號穩(wěn)定。PWM 的開關頻率一般為恒定，控制取樣信號有：輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓、開關器件峰值電流。由這些信號可以構成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流及恒定功率的目的，同時可以實現(xiàn)一些附帶的過流保護、抗偏磁、均流等功能。對于定頻調寬的 PWM 閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，主要有五4種 PWM 反饋控制模式。分別是電壓模式控制 、平均電流模式控制、峰值電流模式控制、相加模式控制、滯環(huán)電流模式控制。7、 開關電源集成控制器開關電源主要由主回路和控制回路兩大部分組成，主回路是將交流電網的電能傳遞給負載的回路，控制回路是按輸入輸出條件控制主回路的工作狀態(tài)的回路，將控制回路集成化即稱為開關電源集成控制器。開關電源集成控制器多為脈寬調制型(PWM),早期 PWM 多為電壓型，缺點是瞬念響應不好。電流控制型 PWM 的性能和功能均優(yōu)于電壓控制型，國外新生產的電流 PWM 控制器品種和數(shù)量最多，有完全取代電壓控制型的趨勢。本設計采用 GWl524 作為系統(tǒng)的控制器。8、 保護電路的設計開關電源電路擔負著向整個電子設備各單元電路提供電壓和功率的任務，因此，開關電源電路一旦發(fā)生故障，整個電子設備就不能正常工作，嚴重時還會引起一系列的燒壞元器件典故，其后果極其嚴重。在開關穩(wěn)壓電路中，功率開關管工作在高電壓、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管及其電源電路的可靠性高，而且還要設置一些必要的保護電路，使其在一旦出現(xiàn)故障或故障先兆時迅速切斷電源．以免故隙蔓延，損壞更多的無器件。開關電源的保護電路主要是過電流保護、過電壓保護。由于集成控制芯片可以實現(xiàn)過流保護，這里只設計過壓保護電路。 過電壓保護電路采用使開關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，切斷輸入側的反饋繞組。圖為過壓保護電路。如果有任何一路輸出端電壓超過其極限值，5總結：本文通過查閱有關開關電源的資料，將開關電源和線性電源進行了對比，對開關電源的原理有一定了解，設計采用整體—局部—整體的方式，首先對開關電源的整體結構進行規(guī)劃，然后對各個部分進行設計，對各個部分的電路的參數(shù)進行計算、對元器件選型，最后進行系統(tǒng)的整合。在設計過程中參考了不少相關的電路，在理解的基礎上進行修改。參考文獻[1]何希才.新型開關電源及其應用.北京：人民郵電出版，1996 年[2]周志敏、周紀海等.開關電源實用技術設計與應用.北京：人民郵電出版社，2003 [3]葉慧貞、楊興洲等.新穎開關穩(wěn)壓電源.北京：國防工業(yè)出版社，1999[4]王英劍.新型開關電源實用技術.北京：電子工業(yè)出版社，1999 年[5]孫燕、劉愛民.Protel 99 設計與實例.北京：機械工業(yè)出版社，2000 [6]王力、張偉.電路設計與制板.北京：人民郵電出版社，2003 年R1100 R2100R3100R4100D15VD212VD315VCNPN5V15V12V5VR5PNPR65V接接接接