1、畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 多輸出多用途的開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理與設(shè)計 姓 名 劉波 學(xué) 號 20217077 系 部 理工系 專業(yè)年級 2021級電子信息工程 指導(dǎo)教師 賀澤凡 2021年 5 月 28 日 摘 要隨著全球?qū)δ茉磫栴}的重視，電子產(chǎn)品的耗能問題將愈來愈突出，如何降低其待機(jī)功耗，提高供電效率成為一個急待解決的問題。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，但它存在著效率低只有40%50%、體積大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點。為了提高效率，人們研制出了開關(guān)式穩(wěn)壓電源，它的效率可達(dá)85%以上，穩(wěn)壓范圍寬，除此之外，還具有穩(wěn)壓精度高、不使用電源變壓器等特點，是一種較理想的穩(wěn)

2、壓電源。正因為如此，開關(guān)式穩(wěn)壓電源已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，本文對各類開關(guān)電源的工作原理作一闡述。關(guān)鍵詞: 開關(guān)電源； 穩(wěn)壓； 能源； 功耗 Title：Multiple output multipurpose principle and design of a switching power supplyAbstract:As the global attention to the energy problem, electronics energy problem will become more and more prominent, how to reduce the standby

3、 power consumption, improve the efficiency of power supply becomes a pressing problem. Although the traditional linear regulated power supply circuit has simple structure, reliable operation, but it exists low efficiency (only 40% - 50%), large volume, large consumption of iron, copper, high working

4、 temperature and adjusting range and small faults. In order to improve the efficiency, people developed a switch regulated power supply, its efficiency can reach more than 85%, wide voltage range, in addition, but also has high precision voltage regulator, do not use power supply transformer etc., i

5、s a kind of ideal stabilized voltage supply. Because of this, switch regulated power supply has been widely used in various kinds of electronic equipment, this paper discussed the working principle of various types of switching power supplyKeyword: Switched-mode; power supply; Salvability; Energy; P

6、ower consumption目 錄TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc22563 1 緒論 PAGEREF _Toc22563 1 HYPERLINK l _Toc17255 1.1 概述 PAGEREF _Toc17255 1 HYPERLINK l _Toc29267 1.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源的開展趨勢 PAGEREF _Toc29267 2 HYPERLINK l _Toc14810 2 系統(tǒng)的原理與組成 PAGEREF _Toc14810 3 HYPERLINK l _Toc13073 2.1線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源 PAGEREF _Toc13073 3 H

7、YPERLINK l _Toc6062 2.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源的分類及原理 PAGEREF _Toc6062 5 HYPERLINK l _Toc5933 3 設(shè)計的電源電路圖 PAGEREF _Toc5933 8 HYPERLINK l _Toc8471 3.1 開關(guān)電源的原理 PAGEREF _Toc8471 8 HYPERLINK l _Toc19286 3.2濾波電路 PAGEREF _Toc19286 11 HYPERLINK l _Toc4372 3.3橋式整流電路原理 PAGEREF _Toc4372 11 HYPERLINK l _Toc23835 3.4光耦pc817應(yīng)用電路

8、PAGEREF _Toc23835 12 HYPERLINK l _Toc8504 3.5 多輸出多用途開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc8504 14 HYPERLINK l _Toc7289 結(jié)論 PAGEREF _Toc7289 18 HYPERLINK l _Toc21339 致謝 PAGEREF _Toc21339 19 HYPERLINK l _Toc30325 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc30325 201 緒論 在國際上，自美國在20世紀(jì)50年代相繼出現(xiàn)單端式和推挽式開關(guān)電源之后，在60 年代就提出了要逐步取消工頻整流式電源的要求。70年代，SG公司首先制

9、造出了單片集成脈寬調(diào)制PWM控制芯片，使開關(guān)電源更加小型化，可靠性也得到了進(jìn)一步的提高。 80年代初英國較早地研制了48V成套高頻開關(guān)式通信電源系統(tǒng)，從那時到現(xiàn)在的十幾年中，美國、德國、加拿大、澳大利亞、新西蘭、瑞典、日本、法國、西班牙、挪威等國家，都先后研制出了高頻開關(guān)式通信根底電源系統(tǒng)，并得到了推廣應(yīng)用。 盡管通信根底電源系統(tǒng)的容量比擬大，但還是緊跟開關(guān)電源技術(shù)的開展而不斷進(jìn)步。各種開關(guān)電源的開展方向根本上都是采用更先進(jìn)的新器件、新技術(shù)、新材料、新工藝逐步減少開關(guān)電源的體積和重量，改善電氣性能指標(biāo)，提高工作可靠性，降低對電網(wǎng)的污染，消除對其他設(shè)備的干擾，增強(qiáng)智能化程度等等。 1.1 概述

10、目前空間技術(shù)、計算機(jī)、通信、雷達(dá)及家電中的電源逐漸被開關(guān)電源取代。現(xiàn)在一般應(yīng)用的串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源，是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。這種傳統(tǒng)的串聯(lián)穩(wěn)壓器，調(diào)整管總是工作在放大區(qū)，流過的電流是連續(xù)的，這種穩(wěn)壓器的缺點是承受過載和短路的能力差、效率低，一般只有3560%。由于調(diào)整管上損耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器。而開關(guān)電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功率損耗小，效率可達(dá)7095%，穩(wěn)壓器體積小、重量輕，調(diào)整管功率損耗較小，散熱器也隨之減小。此外，開關(guān)頻率工作在幾十kHz，濾波電感、電容可用較小數(shù)值的元件，允許的環(huán)境溫度可可以大大提高。 本畢業(yè)設(shè)計的宗旨就是如何將比擬容易實現(xiàn)的

11、開關(guān)式電源方案引用到交流電源穩(wěn)定的場合 本畢業(yè)設(shè)計論文闡述一種利用脈沖寬度調(diào)制PWM技術(shù)配合高速電子開關(guān)、高頻電子變壓器和LC濾波器實現(xiàn)交流開關(guān)式穩(wěn)壓電源的實現(xiàn)思路并組裝出樣機(jī)予以測試。與傳統(tǒng)的可控硅調(diào)角式交流穩(wěn)壓電源相比，具有效率高、體積小、非線性失真度低、輸出電壓和電流穩(wěn)定等特點。 本文先從交流開關(guān)穩(wěn)壓電源的實現(xiàn)機(jī)理逐步展開，涉及到可控正弦波產(chǎn)生器、三角波發(fā)生器、比擬器、脈沖寬度調(diào)制PWM器、高速電子開關(guān)、高頻電壓變換器以及微處理器及其周邊元部件等，都給與較為詳盡的闡述。接著對組裝、調(diào)試、檢測等也有相應(yīng)的介紹，最后給出了按設(shè)計要求所測試的結(jié)論。 1.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源的開展趨勢 非隔離DCD

12、C技術(shù)迅速開展近年來， 非隔離DCDC技術(shù)開展迅速?，F(xiàn)在的非隔離的DC，DC根本上分成兩大類。一是在內(nèi)部含有功率開關(guān)元件，稱DC，DC轉(zhuǎn)換器；二是不含功率開關(guān)需要外接功率MOSFET，稱DC，DC控制器 按照電路功能劃分有降壓的BUCK、升壓的BOOST，還有升降壓的BUCKBOOST等 以及正壓轉(zhuǎn)負(fù)壓的INVERTOR等。其中品種最多芨展最快的是BUCK型?？刂品绞揭訮WM 為主。 2初級PWM控制IC不斷優(yōu)化有源筘位技術(shù)自從2002年VICOR公司此項專利技術(shù)到期解禁之后 新型有源箝位控制IC紛紛涌現(xiàn)。在大功率領(lǐng)域，全橋移相ZVS軟開關(guān)技術(shù)在解決開關(guān)電源的效率上功不可沒。INTERSIL公

13、司推出的PWM 對稱全橋的ZVS控制ICISL6752,既能控制初級側(cè)的四個MOS開關(guān)為ZVS工作狀態(tài)，又能準(zhǔn)確地給出控制二次側(cè)的同步整流為ZVS工作狀態(tài)的驅(qū)動信號。采用這種IC制作的100W 的DC，DC再加上先進(jìn)的功率MOSFET，轉(zhuǎn)換效率可到達(dá)95 。小功率的開關(guān)電源仍用反激變換器的PWM 來控制IC。低壓DC，DC領(lǐng)域Linear公司的LTC38o6不僅能控制好PWM，還給出準(zhǔn)確的二次側(cè)同步整流驅(qū)動信號，是比擬好的低壓小功率電源控制IC 。 2 系統(tǒng)的原理與組成2.1線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源1 線性穩(wěn)壓電源所謂線性穩(wěn)壓電源，是指在穩(wěn)壓電源電路中的調(diào)整功率管工作于線性放大區(qū)。其工作過程

14、可簡述為，將220V/50HZ的工頻電網(wǎng)電壓經(jīng)過線性變壓器降壓以后，再經(jīng)過整流、濾波和線性穩(wěn)壓，最后輸出一個紋波電壓和穩(wěn)定性能均符合要求的直流電壓。線性穩(wěn)壓電源的缺點： 內(nèi)部功耗大，轉(zhuǎn)換效率低； 體積大，重量重，不便于微型化和小型化； 必須具有較大的輸入和輸出濾波電容； 輸入電壓動態(tài)范圍小，線性調(diào)整率低； 輸出電壓不能高于輸入電壓。2 開關(guān)穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源是指在穩(wěn)壓電源電路中的調(diào)整功率管工作于開關(guān)兩種狀態(tài)下。開關(guān)穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)：它是由一次整流濾波、DC/DC變換電路、占控比控制電路、取樣電路、保護(hù)電路等組成。 一次整流濾波電路：開關(guān)電源的工作方式與線性電源比擬，它省去了降壓工頻變壓器 ，而

15、是直接將電網(wǎng)的交流電壓220V整流濾波，變?yōu)橹绷麟妷?00V，直接供應(yīng)DC/DC變換器，消除了工頻變壓器帶來的損耗。 DC/DC變換器：是由主功率變換器和二次整流濾波電路組成。主功率變換電路的主要任務(wù)是將輸入的直流變換成高頻交流矩形波一般可將頻率可變到幾十千赫茲到幾百千赫茲。二次整流濾波的目的是為了得到平滑的直流輸出電壓。 控制電路：它是由比擬電路、占空比控制電路和放大電路組成。開關(guān)電源的控制方式不是采用反響信號直接去控制調(diào)整元件的導(dǎo)通程度，而是利用反響信號去控制調(diào)整管的通斷時間，也就是“時間控制法。 取樣電路：是將輸出電壓變化的情況通過采樣取出，并通過反響網(wǎng)絡(luò)送回到控制電路。 保護(hù)電路：是使

16、電源在異常情況下如電源輸入電壓太高，輸出負(fù)載短路等使電源處于平安工作狀態(tài)。開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心局部是直流變換器。直流變換器是把直流轉(zhuǎn)變成交流，然后又把交流轉(zhuǎn)換成具有不同輸出的直流的裝置。整流濾波電路PWM控制與驅(qū)動電路輸出濾波取樣反響控制電路UiU0220V50HZR1R2RL圖2-1開關(guān)穩(wěn)壓電源等效原理圖 開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點： (1)效率高。開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%90%，高的可達(dá)90%以上； (2)重量輕。由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了； ( 3)

17、穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的交流輸入電壓在90270V內(nèi)變化時，輸出電壓的變化在2%以下。合理設(shè)計開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開關(guān)電源的高效率； 4平安可靠。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保障其功能可靠；(5)功耗小。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20kHz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。 開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點： 開關(guān)穩(wěn)壓電源存在著較為嚴(yán)重的

18、開關(guān)噪音和干擾； 電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于維修； 本錢高，可靠性低線性穩(wěn)壓電源的缺點： 內(nèi)部功耗大，轉(zhuǎn)換效率低； 體積大，重量重； 必須具有較大的輸入和輸出濾波電容； 輸入電壓動態(tài)范圍小，線性調(diào)整率低； 輸出電壓不能高于輸入電壓。2.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源的分類及原理1分類：(1)升壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路：輸出電壓高于輸入電壓；(2)降壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路：輸出電壓低于輸入電壓，即串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源電路；(3)極性反轉(zhuǎn)式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路：輸出電壓與輸入電壓極性相反，即并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。2開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理:1. 升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源它由功率開關(guān)V、二極管VD、儲能電感L、濾波電容C、驅(qū)動電路和反響電路

19、等組成。(如圖2-2所示)U0整流濾波電路PWM控制與驅(qū)動電路取樣反響控制電路Ui220V50HZUceVIcI1IcIo圖2-2升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源原理框圖升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理：當(dāng)功率開關(guān)V導(dǎo)通時，電感L儲存能量。當(dāng)功率開關(guān)管V截止時，電感L感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極管VD向負(fù)載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開關(guān)電源。2. 降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源的根本電路由一次整流和濾波、功率開關(guān)V、續(xù)流二極管VD、儲能電感L、二次濾波電容C、PWM控制和驅(qū)動電路以及采樣和反響電路組成。降壓式開關(guān)電源的典型電路如下圖。U1Uce整流濾波電路PWM控制與

20、驅(qū)動電路取樣反響控制電路Ui220V50HZIcIoVIcI1UoId圖為降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖降壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理：當(dāng)功率開關(guān)V導(dǎo)通時，二極管VD截止，輸人的整流電壓經(jīng)功率開關(guān)V和L向C充電，這一電流使電感L中的儲能增加。當(dāng)功率開關(guān)V截止時，電感L感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管 VD釋放電感中存儲的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的上下由加在功率開關(guān)V基極上的脈沖寬度確定。3. 極性反轉(zhuǎn)型開關(guān)穩(wěn)壓電源所謂極性反轉(zhuǎn)就是指輸出電壓與輸入電壓的極性相反。它由功率開關(guān)V、二極管VD、儲能電感L、濾波電容C、驅(qū)動電路和反響控制電路等組成。UceId整流濾波電路PWM

21、控制與驅(qū)動電路取樣反響控制電路Ui220V50HZIcIoVIcUoLU1I1圖為極性反轉(zhuǎn)型開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖極性反轉(zhuǎn)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理：當(dāng)功率開關(guān)V導(dǎo)通時，電感L 儲存能量，二極管VD截止，負(fù)載RL靠電容C上次的充電電荷供電。當(dāng)功率開關(guān)V截止時，電感L中的電流繼續(xù)流通，并感應(yīng)出上負(fù)下正的電壓，經(jīng)二極管VD向負(fù)載供電，同時給電容C充電。3 設(shè)計的電源電路圖3.1 開關(guān)電源的原理 1開關(guān)穩(wěn)壓電源原理方框圖 變壓器 輸入電路 變換電路 輸出電路整流濾波 開關(guān)管 EMI及整流 輸入保護(hù)交流輸入基準(zhǔn)電源 取樣電路 誤差放大 脈沖驅(qū)動 控制電路 圖3-1 開關(guān)穩(wěn)壓電源原理方框圖 一般開關(guān)電源由圖3

22、-1 中所示四局部組成。輸入電路主要由防雷、濾波、浪涌電流抑制、整流電路等構(gòu)成。作用是把輸入電網(wǎng)交流電源轉(zhuǎn)化為符合電源輸入要求的直流電源。變換電路含開關(guān)電路、變壓器及RCD 吸收電路等，是開關(guān)電源能量變換的主通道。控制電路含取樣電路，本論文采用大阻值電阻分壓取樣，含基準(zhǔn)電源，此處用TL431 產(chǎn)生2 。5V 基準(zhǔn)電源。此外還有誤差放大及脈沖驅(qū)動電路，取樣的誤差信號經(jīng)光耦線性放大誤差信號同時反響產(chǎn)生驅(qū)動開關(guān)管的矩形脈沖，到達(dá)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。輸出電路包含整流、濾波，把輸出電壓整流成脈動直流，并平滑成低紋波直流電壓。本論文實現(xiàn)的電源，具有設(shè)計簡單，體積小，效率高，紋波小及適用范圍廣的優(yōu)點。2 輸

23、入電路開關(guān)電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘瞬間，由于電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會形成很大的浪涌電流，特別是大功率開關(guān)電源，采用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流達(dá)100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流，重者往往會導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開關(guān)的觸點燒壞，整流橋過流損壞；輕者也會使空氣開關(guān)合不上閘。上述現(xiàn)象均會造成開關(guān)電源無法正常工作，為此幾乎所有的開關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流的軟啟動電路，以保證電源正常而可靠運行。3 控制電路1 驅(qū)動電路 驅(qū)動電路是控制與主電路的接口，同開關(guān)電源的可靠性、效率的性能密切相關(guān)。驅(qū)動電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅(qū)動功率

24、，并具有較高的抗干擾和隔離噪音能力。驅(qū)動 PWM 調(diào)節(jié)器 U1反響 去主電路保護(hù) I1 信號封鎖基準(zhǔn)源 U2 I2 電壓, 電流, 溫度并機(jī)均流 連接并機(jī)線 圖3-2 控制電路的結(jié)構(gòu) 2 調(diào)節(jié)電路 調(diào)節(jié)器的作用是將給定量和反響量進(jìn)行比擬和運算，得到控制量。調(diào)節(jié)器的核心是運算放大器，多數(shù)PWM控制器內(nèi)都含有適宜的集成運算放大器，可以構(gòu)成調(diào)節(jié)器，但有時其性能難以滿足要求，這時可以選用適宜的集成運算放大器構(gòu)成調(diào)節(jié)器。3 并機(jī)均流電路 開關(guān)電源經(jīng)常需要并機(jī)組成系統(tǒng)運行，以獲得更大的容量和更高的可靠性。在設(shè)計中，可以采用集成均流控制器如UC3907，也可以采用運算放大器自行構(gòu)造均流電路。值得注意的是，均

25、流電路的設(shè)計不僅要使個并聯(lián)開關(guān)電源模塊在正常工作情況下能夠均流運行，而且應(yīng)考慮當(dāng)本模塊發(fā)生故障時，不應(yīng)顯著影響其他模塊的工作。4 保護(hù)電路 為了保證開關(guān)電源在正常和非正常使用情況下的可靠性，其控制電路中應(yīng)含保護(hù)電路。保護(hù)電路具備吱聲保護(hù)盒負(fù)載保護(hù)兩方面的功能，一旦出現(xiàn)故障立即使開關(guān)電路停止工作并以聲或光的形式報警，以保證在任何情況下，自身不損壞，并且不損壞負(fù)載。自保護(hù)功能有:輸入過電壓、輸入欠電壓、系統(tǒng)過熱、過電流等。負(fù)載保護(hù)功能有:輸入過電壓、輸入欠電壓等。其中輸入過電壓、輸入欠電壓過熱保護(hù)電路中應(yīng)采用滯環(huán)比擬器，以便在故障情況消失后電源可以自動恢復(fù)工作。過電流保護(hù)電路應(yīng)采用鎖存器將電流信號

26、鎖存。因為過電流信號出現(xiàn)后，開關(guān)元件的驅(qū)動信號立即被封鎖，過電流信號也會隨之消失，如不將過電流信號鎖存，開關(guān)元件的信號會再次開放，引起頻繁重復(fù)的過電流，很容易導(dǎo)致開關(guān)元件的損壞。但鎖存器應(yīng)附加復(fù)位電路，以便在排除故障后重新開始工作，或者采用時間較長的延時復(fù)位電路，以降低過流保護(hù)的頻度。輸出過電壓和欠電壓通常由于電源或者負(fù)載的嚴(yán)重故障引起，也采用鎖存器將故障信號鎖存，一旦出現(xiàn)，應(yīng)立即停機(jī)報警，等待人工干預(yù)。3.2濾波電路輸入濾波電路具有雙向隔離作用，它可抑制從交流電網(wǎng)輸入的干擾信號，同時也防止開關(guān)電源工作時產(chǎn)生的諧波和電磁干擾信號影響交流電網(wǎng)。圖3-3所示濾波電路是一種復(fù)合式EMI濾波器，L1、

27、L2和C1構(gòu)成第一級濾波，共模電感L3和電容C2、C3進(jìn)行第二級濾波。圖3-3為輸入濾波電路圖3-3 濾波電路C1用于濾除差模干擾，選用高頻特性較好的薄膜電容。電阻R給電容提供放電回路，防止因電容上的電荷積累而影響濾波器的工作特性。C2、C3跨接在輸出端，能有效地抑制共模干擾。為了減小漏電流，C2、C3宜選用陶瓷電容器。3.3橋式整流電路原理 橋式整流電路如圖3-4所示，圖中B為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓e1變成整流電路要求的交流電壓，RL是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管D1D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。 圖3-4 橋式整流電路 橋式整流電路的工作原理可分析如下。

28、為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。在e2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管D1流向RL，再由二極管D3流回變壓器，所以D1、D3正向?qū)ǎ珼2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖1a中虛線箭頭表示。 在e2的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管D2流向RL，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向?qū)?。電流流過RL時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時相同。其電流通路如圖1b中虛線箭頭所示。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單

29、向?qū)щ娦裕瑢⑺膫€二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。3.4光耦pc817應(yīng)用電路 pc817是常用的線性光藕，在各種要求比擬精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件，具有上下級電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響。 圖3-5光耦pc817應(yīng)用電路圖 當(dāng)輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電-光-電的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號開關(guān)信號，不適合傳輸模擬信號。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器

30、件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強(qiáng)弱變化會產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同。PC817光電耦合器不但可以起到反響作用還可以起到隔離作用。 圖 3-6 PC817集電極電壓與二極管正向電流的關(guān)系 當(dāng)輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電-光-電的轉(zhuǎn)換。 普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號開關(guān)信號，不適合傳輸模擬信號。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強(qiáng)弱變化會產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，從而使光敏晶體管的

31、導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同。 PC817光電耦合器不但可以起到反響作用還可以起到隔離作用。3.5 多輸出多用途開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計與實現(xiàn)多路輸出多用途的開關(guān)穩(wěn)壓電源的主要設(shè)計要求如下:輸入電壓:AC132 V264 V輸入頻率:50/60 Hz輸出四路電壓:U1 24 V/0.5 A U2 -9 V/0.8 A U3 9 V/0.8 A U4 5 V/3 A輸出功率:40 W紋波電壓:100 mV負(fù)載調(diào)整率:3 %.1 設(shè)計原理圖是多路輸出多用途的開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖。圖3-6中X1_C1 、X1_C2 、Y_C1 、Y_C1及L 組成EMI 電路，用來濾除電網(wǎng)中的共模差模信號，

32、同時防止開關(guān)電源對電網(wǎng)造成污染。L 為共模扼流圈，共模扼流圈是開關(guān)電源、變頻器、UPS 電源等設(shè)備中的一個重要局部。當(dāng)工作電流流過兩個繞向相反的線圈時，產(chǎn)生兩個相互抵消的磁場，如果有共模干擾信號流過線圈時，線圈對共模信號即呈現(xiàn)出高阻抗，產(chǎn)生很強(qiáng)的阻尼效果，到達(dá)衰減干擾信號作用。X1_C1 、X1_C2 、Y_C1及Y_C2為安規(guī)電容，其中X1_C1與X1_C2為X 安規(guī)電容，Y_C1和Y_C2為Y 安規(guī)電容，它們用在電源濾波器里，與L 起到電源濾波作用，分別對共模，差模工擾起濾波作用。安規(guī)電容的特性是電容器失效后，不會導(dǎo)致電擊穿，不危及人身平安。RV為壓敏電阻，具有防雷作用，也可用TVS(瞬態(tài)

33、電壓抑制器)，由于壓敏電阻具有良好的非線性特性、通電流大、殘壓水平低、動作快和無續(xù)流等特點，被廣泛用于電子設(shè)備防雷。開關(guān)電源系統(tǒng)壓敏電阻相當(dāng)于D 級防雷器，對于220V線路，壓敏電阻的選取為，2201 .41 .4=430 V，所以壓敏電阻選型為470 V。RT 為熱敏電阻，開機(jī)時，220 V交流電經(jīng)過整流后對大電容充電，而電容的特性是瞬間充電電流為最大，從而對前邊的橋和保險絲帶來沖擊，容易造成器件上電時損壞，為了提高電源設(shè)計的平安系數(shù)，常在保險之后參加電阻進(jìn)行限流，電阻越大時，雖然限流效果好，但是電阻消耗的電能也是很大的，開關(guān)電源啟動后，限流電阻已沒有作用，反而浪費電力。為了到達(dá)較好限流效果

34、而又省電，現(xiàn)在的開關(guān)電源經(jīng)常采用負(fù)溫度熱敏電阻作限流使用，吸收浪涌電流。負(fù)溫度熱敏電阻的特性是，溫度越高，電阻越小。為了減小電源體積及復(fù)雜度，此處防止了使用繼電器等組成的防浪涌電路，經(jīng)過試驗，到達(dá)了非常好的效果。變壓器T，RCD(R2 ，C1 ，D1 )吸收電路及開關(guān)管構(gòu)成了此電源的能量轉(zhuǎn)換電路，本電路采用單端反激，是一種比擬成熟的電源變換電路，變壓器既作為隔離器件，又作為儲能器件。此變壓器采用EI 骨架，初級線圈電感量在1 .2 1 .3 mH 之間，在繞制變壓器時，自激繞組要靠外圈，初級繞組分兩組疊加，一組在內(nèi)，一組在外，可防止磁通飽和影響電源效率。此變壓器屬于常規(guī)變壓器，不再多述，開關(guān)管

35、的選取要注意漏源級的耐壓，最大工作電流，導(dǎo)通電阻，耗散功率及一些開關(guān)時間等。RCD 吸收電路的功能是吸收因變壓器初級繞組在工作時產(chǎn)生的自感電勢，防止在開關(guān)管集電極截止瞬間出現(xiàn)過高的反峰高電壓損壞開關(guān)管而設(shè)的。開關(guān)管工作時一直處于導(dǎo)通與截止，循環(huán)工作，所以吸收回路一直是有電流通過的，這個電流的大小隨開關(guān)電源的功率大小而不同，使得吸收回路的元器件取值也不一樣，RCD 吸收電路中的R 值如過小，就會降低開關(guān)電源的效率。然而，如R 值過大，MOS 管就存在著被擊穿的危險。本電路選用10 k/2 W，電容選用0.01 F/1 kV，D1選用耐壓1 kV的HER107 。輸出電路主要包含整流濾波，三端穩(wěn)壓

36、器及假電阻等。選用適宜的濾波電容及假電阻可減小電源輸出紋波和提高電源效率。 圖3-6 多路輸出多用途的開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖圖3-6 中光耦器件PC817 ，TL431 及框中自激電路組成了本電源的控制電路。R16 、R17是取樣電阻，TL431 為可調(diào)試精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，通過改變電阻R16和R17的分壓值，可小范圍改變輸出電壓值。R15和C20為TL431 的頻率補償電路，可以提高TL43l 的瞬態(tài)頻率響應(yīng)。關(guān)于反響回路的設(shè)計，實際上就是確定R13 、R14的阻值及選定適宜的光耦合器件，首先要選定線性度好的光耦合器件，因為這樣可以把輸出線性的反響到自激電路，可以由自激電路產(chǎn)生線性變化的脈沖，從而

37、線性的反比例控制開關(guān)管的截止與導(dǎo)通。而目前國內(nèi)常用的4N25 系列光耦屬于非線性光耦合器，不宜采用。其次要注意光耦合器件的CTR(電流傳輸比)值。使用光電耦合器主要是為了提供隔離，同時又能將輸出的變化線性的反響在自激控制電路中，容易線性的控制開關(guān)管的占空比。光耦合器的CTR 的允許范圍是50 %200 %，這是因為當(dāng)CTR200 %，在啟動電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時，有可能影響正常輸出。PC817 的CTR 線性范圍為80 %160 %，能夠較好地滿足反響回路的設(shè)計要求。確定好光耦后，就要確定R13 、R14 ，需要注意的是，在選擇電阻時必須保證TL431 工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1 mA 。R13為PC817的外部限流電阻。實際上除了限流保護(hù)作用外，它對控制回路的增益也具有重要影響。當(dāng)R13改變時，會影響到光耦的輸入電流，然后影響光耦的輸出電流，進(jìn)而影響開關(guān)管的占空比，也就相當(dāng)于改變了控制回路的電流放大倍數(shù)。此電路中R13取100 ，在光耦輸入端和R13上并聯(lián)R14是為了在光耦輸入電流接近于0時，為了保證TL431 陰極不低于1 mA的工作電流而設(shè)置的。 結(jié)論通過本次畢業(yè)設(shè)計，把我大學(xué)四年期間