200W小功率直流电源设计 毕业论文.doc

湘潭大学毕业设计说明书题 目： 200w小功率直流电源设计仿真研究学 院： 信息工程学院 专 业： 自 动 化 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2010年5月 湘 潭 大 学毕业设计任务书论文（设计）题目： 200w 小功率直流电源设计仿真研究 学号： 姓名： 专业： 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求设计的主要内容：通过软件仿真实现小功率直流电源的直流输出可调。仿真研究采用matlab软件实现，包括直流电源的交流滤波部分、整流桥、直流滤波部分、直流斩波部分、输出反馈以及控制电路设计等。 设计的基本要求： 1、输入交流电压的有效值：170v275v 2、输出直流电压：0185v可调 3、输出直流电流：01.5a可调 二、重点研究的问题 学会熟练运用matlab/simulink仿真软件。在直流电源的软件仿真中的难点在于如何设计好主电路，选择哪种整流电路，选择哪种直流斩波器。另外触发开关管的控制电路和反馈电路的设计也是软件仿真的关键部分。在仿真电路能实现直流可调的基本功能后，还要考虑如何设计保护电路，如限电压保护、限电流保护及限功率保护等。从而使整个电路不会长期工作在过载状态，以便整个直流电源系统能够长期稳定的工作。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1毕业设计选题2009.122查阅相关资料并编写开题报告2010.3.1-3.103查阅直流电源设计的相关资料2010.3.11-3.314构建大体的设计草图2010.4.1-4.105中期检查及软件仿真的实现2010.4.11-4.306软件仿真的调试与完善2010.5.1-5.157设计结果检查及编写论文准备毕业答辩2010.5.16-5.318毕业论文终稿的确定2010.6四、应收集的资料及主要参考文献1 李国勇，谢克明编.计算机仿真技术与cadm.北京：电子工业出版社，2008.128-185. 2 王兆安，黄俊主编.电力电子技术m.北京：机械工业出版社，2000.1-108. 3 陈永真编.高效开关电源设计与制作m.北京：中国电力出版社，2008.88-142. 4 李金伴，李捷辉主编.开关电源技术m.北京：化学工业出版社，2005.1-90. 5 倪海东，蒋玉萍主编.开关电源专用电路设计与应用m.北京：中国电力出版社，2002.153-198. 6 黄忠霖，黄京主编.电力电子技术的matlab实现m.北京：国防工业出版社，2009.152-175. 7 周渊深主编.电力电子技术与matlab仿真m.北京：中国电力出版社，2004.161-18. 8 王翠珍，唐金元.可调直流稳压电源电路设计j.中国测试技术，2006，第32卷(第5期)：113-115. 9 杨凤彪.基于matlab的大功率直流电源仿真研究j.电气开关，2008，第4卷(第3期)：37-38. 10 胡君臣.用uc3842芯片设计开关电源j.仪表技术，2006，第3卷(第3期)：79-83. 11 李雷.降压型dc-dc转换器的研究与设计c.北京交通大学硕士论文，2009.1-22. 12 脱立芳.降压型pwm dc-dc开关电源技术研究c.西安电子科技大学硕士论文，2008，1-27. 湘 潭 大 学毕业设计评阅表学号 姓名 专业 毕业论文（设计）题目： 200w小功率直流电源设计仿真研究 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价田灿同学所做的“200w小功率直流电源设计仿真研究”，选题符合专业培养目标，体现了学科、专业特点和教学计划的基本要求，能达到综合训练的目的，且难度适中。毕业设计说明书，文字叙述清楚，方案设计合理、计算正确，符号统一，图表完备、整洁、正确。体现了该生具有一定查阅文献、综合归纳资料的能力和一定的外文与计算机应用能力。评阅人： 年 月 日 湘 潭 大 学 毕业设计鉴定意见 学号： 姓名： 专业： 毕业论文（设计说明书） 38 页 图 表 40 张论文（设计）题目： 200w小功率直流电源设计仿真研究 内容提要：随着计算机、电子技术的高速发展，电子技术的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。本论文针对以上情况对一种新型的小功率直流电源做了仿真研究。本论文介绍了直流电源技术，分别例举了传统的直流电源和新型的开关型直流稳压电源。文中介绍了多种整流电路和多种直流变换器的的拓扑结构及其工作特点，并重点介绍了pwm控制技术以及pwm控制的实现方法。阐述了脉宽调制技术中的电压控制模式和电流模式的基本原理，并分析了他们各自的优缺点。文中也介绍了小功率直流可调电源的电路技术和工作原理。 本文设计了一款基于simulink的可调直流电源，分析了它的系统结构和工作原理。该仿真设计主要由两部分组成，即主电路和控制电路。在设计过程中重点分析了设计方案是如何选取的。主电路主要包括整流电路和直流变换电路，控制电路是用来控制pwm信号的占空比从而实现输出可调的电路。依据设计要求，控制电路中加入了限电压保护、限电流保护以及限功率保护等环节。通过simulink仿真得到了相应的输出波形，并对仿真结果进行了一定的分析。通过对仿真结果的分析，可以看出仿真电路满足设计的基本要求。该仿真设计可实现直流电压输出0-185v可调，直流电流输出0-1.5a可调等功能。另外，该仿真设计还具有限电压保护、限电流保护和限功率保护等优点。指导教师评语同学查阅了相关中英文资料，分析了小功率直流电源的工作原理。介绍了pwm控制技术及其实现方法，阐述了pwm控制技术的电压模式和电流模式基本原理，并采用matlab软件进行了仿真研究，设计了200w的小功率直流电源，设计结果符合毕业设计要求。该生基础理论较好，动手能力较强，对于毕业设计当中出现的各种现象能够及时分析和处理，有一定的综合运用能力，达到了毕业设计的要求。同意其参加答辩，建议成绩评定为 。指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语同学在毕业答辩过程中，表述简明、条理清楚，较好地回答了老师提出的问题。综合所做毕业设计和答辩情况，经答辩小组研究决定，给予该同学毕业设计成绩为 。答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任： 年 月 日目 录摘要iabstractii第一章 引言11.1 电力电子技术综述11.1.1 电力电子技术的简介与发展史11.1.2 电力电子技术应用及发展前景21.2 直流电源技术的研究状况及发展方向31.2.1 传统直流电源31.2.2 开关型直流稳压电源41.3 选题的目的和现实意义51.4选题的研究方法及创新之处6第二章 小功率可调直流电源的相关原理72.1 pwm控制原理介绍72.1.1 pwm控制技术72.1.2 pwm控制的基本原理72.1.3 pwm的异步调制和同步调制82.2 pwm控制的实现方法82.2.1 用单片机实现pwm控制82.2.2 pwm集成控制器92.2.3 典型电流型pwm集成控制器uc3842/3/4/5112.3 可调直流电源系统的电路技术132.4 可调直流电源的基本工作原理14第三章 小功率可调直流电源电路介绍与设计163.1 可调直流电源电路介绍163.1.1 整流电路介绍163.1.2 dc/dc变换电路介绍193.2 主电路设计213.2.1 主电路设计方案的选取213.2.2 主电路工作基本原理及主要参数设定223.3 控制电路设计及工作原理223.3.1 控制电路简介233.3.2 控制电路的设计及基本工作原理24第四章 系统仿真264.1 matlabsimulink介绍264.2 系统仿真结果274.2.1 主电路仿真波形284.2.2 控制电路输出波形344.3 仿真结果分析35第五章 论文小结365.1 毕业设计感言365.2 致谢36参考文献3739200w小功率直流电源设计仿真研究摘要：由于所有电子产品和家用电器都需要有电源供电，所以电源管理技术变得至关重要。在这样的前提下，设计高效率，高频的小功率直流电源，无论是从经济角度还是从科学研究来讲都是很有价值的。本文介绍了多种整流电路和多种直流变换器的拓扑结构及其工作特点，并重点分析了pwm控制技术。阐述了脉宽调制技术中的电压控制模式和电流控制模式的基本原理，并分析比较了它们各自的优缺点。本文设计了一款基于simulink的小功率可调直流电源，并分析了它的系统结构和工作原理。该电路包括主电路，pwm控制电路以及限电压、限电流、限功率部分。通过simulink仿真得到了相应的输出波形，并对仿真结果进行了分析。关键词：pwm控制技术；simulink仿真；开关电源；可调200w low power dc source simulation researchabstract：since all the electronic products and electrical home appliances need power supply, power management becomes more important. in this situation, to design a high efficiency, high frequency low power dc source is valuable in the view of both economy and research.in this thesis, kinds of rectification circuit and dc-dc converter are introduced first. then the pwm controlling technology is completely analyzed. the techniques with two different methods are classified as: the mode of pulse width modulate, and the difference of control signalthe advantages and disadvantages of each method is analyzed and compared.a type of low power adjustable dc source based on simulink is designed and introduced in this article. this dc power source contains the main circuit, pwm controller, voltage limiter, current limiter, power limiter. and the output waves of dc voltage, dc current, dc power based on simulink simulation is completely analyzed. keyword: pwm controlling technology；simulink simulation；switching power supply； adjustable第一章 引言提及直流电源，就不得不提起电力电子技术。因为，现代先进直流电源技术的发展是以电力电子技术技术的发展为前提的，所以本章先对电力电子技术进行介绍，再对直流电源技术的研究状况和发展方向等进行介绍。1.1 电力电子技术综述1.1.1 电力电子技术的简介与发展史电力电子技术是20世纪后半叶诞生和发展的一门崭新的技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。通常习惯把电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术两个分支。如果没有晶闸管、电力晶体管等电力电子器件，也就没有电力电子技术，而电力电子技术主要用于电力变换。因此可以认为，电力电子技术的制造技术是电力电子技术的基础，而变流技术则是电力电子技术的核心。电力电子器件制造技术的理论是半导体物理，而变流技术的理论基础是电路理论。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展基础的。一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，因而属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到局限。70世纪后期，以门极可关断晶闸管（gto）、电力双极晶体管（bjt）和电力场效应管（power-mosfet）为代表的全控型器件的迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。这些优越性使得电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推到一个新的发展阶段。和晶闸管电路的相位控制方式相对应，采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制（pwm）方式。pwm控制技术在电力电子技术中占有十分重要的位置，它在逆变、斩波、整流、变频及交流电力控制中均可应用。它使电路的控制性能大为改善，使以前难以实现的功能也得以实现，对电力电子技术的发展产生了深远的影响。80年代后期，以绝缘栅极晶体管（igbt）为代表的复合型器件异军突起。igbt是mosfet和bjt的复合。它把mosfet的驱动功率小、开关速度快的优点和bjt通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，使之成为现代电力电子技术的主导器件。随全控型电力电子器件的不断发展，电力电子电路的工作频率也不断提高。同时，电力电子器件的开关损耗也随之增大。为了减小开关损耗，软开关技术应运而生，零电压开关（zvs）和零电流开关（zcs）就是软开关的最基本形式。从理论上讲，采用软开关技术可使开关损耗降为零，可以提高效率。另外，它也使得开关频率进一步提高，从而提高了电力电子装置的功率密度。1.1.2 电力电子技术应用及发展前景电力电子技术的应用十分广泛。它不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。以下分三个方面对电力电子技术的应用进行叙述。1.在交通运输方面，电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛应用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电动机传动外，车辆中的各种辅助电源也离不开电力电子技术。电动车靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要很多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。2.在家用电器方面，照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，它正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。变频空调是家用电器中应用电力电子技术的典型例子。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。电力电子技术广泛应用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。3.在电子装置用电源方面，各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐步取代了线性电源。电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒频交流电源和变频交流电源，因此可以说，电力电子技术研究的就是电源技术。在21世纪电力电子技术仍将以迅猛的速度发展。以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一，这将是毫无疑议的。有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。通常把计算机的作用比作人的大脑，那么，可以把电力电子技术比作人的消化系统和循环系统。另外，从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。这也激发了一代有一代学者和工程技术人员学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。可见，电力电子技术在21世纪中将会起着十分重要的作用，将会有十分光明的前景。1.2 直流电源技术的研究状况及发展方向1.2.1 传统直流电源1.晶体管串联式直流稳压电路电路框图如图1-1所示，该电路中，输出电压uo经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压ui发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压为一恒定值(稳压值)。因输出电压要求从0v起实现连续可调，因此要在基准电压处设计一辅助电源，用以控制输出电压能够从0v开始调节。图1-1 串联式稳压电源电路单纯的串联式直流稳压电源电路是很简单的，但增加了辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性也难以保证。2.采用三端集成稳压器电路该电路框图如图1-2所示，它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0v起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较少，成本低且组装方便，可靠性高。图1-2 集成稳压器稳压电源电路图 3.线性稳压电源电源是各种电子设备必不可缺的组成部分。线性稳压电源具有性能可靠，构造简单，反应速度快，纹波干扰小等特点，在电路中得以广泛的应用。目前，虽然各种开关电源得到了很大的发展但在性能要求较高的模拟电路，如音响电路、高精度测量等电路中，仍然无法替代线性稳压电源。线性稳压电源主要由工频变压器、整流电路、线性稳压电路等组成，其结构如图1-3所示。图1-3 线性稳压电源结构图线性稳压电源的主要缺陷，除了工频变压器的体积较大外，就是变换效率较低，通常只能达到3560。而变换效率低的主要原因在于线性稳压电路的效率较低。这一方面造成能源的浪费，同时也使线性稳压电路中的电压调整管上承受较大的功耗，需要使用大面积的散热片对其散热，这就进一步加大了线性稳压电源的体积。因此，如何提高线性稳压电路的效率，对于提高线性稳压电源的性能具有重要的意义。1.2.2 开关型直流稳压电源1.开关电源的基本构成开关电源的基本构成如图1-4所示，其中dc/dc变换器可以进行功率变换，是开关电源的核心部分，此外还有启动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路检测输出电压变化，并与给定电压比较，误差电压经过放大及脉宽调制（pwm）电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。图1-4 开关电源基本构成dc/dc 变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的pwm变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器。对于串联型线性稳压电源，输出对输入的瞬态响应特性主要由调整管的频率特性决定。但对于开关型稳压电源，输入的瞬态变化比较多的表现在输出端。提高开关频率的同时，由于反馈放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应问题也能得到改善。负载变化瞬态响应主要由输出端lc滤波器特性决定，所以可以利用提高开关频率、降低输出滤波器lc乘积的方法来改善瞬态响应。2.开关型直流电源的发展概况及发展方向21世纪我国通信、信息、家电和国防等领域的电源普遍采用高频开关电源，相控电源将逐渐被淘汰。国内开关电源技术的发展，基本上起源于20世纪70年代末和80年代初。当时引进的开关电源技术在高等院校和一些科研院所停留在实验开发和教学阶段。20世纪80年代中期开关电源产品开始推广和应用。20世纪80年代的开关电源的特点是采用20khz,脉宽调制（pwm）技术，效率可达65%70%。经过20多年的发展，开关电源技术 有了重大的进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率mosfet和igbt可使中小型的开关电源频率达到400khz(ac/dc),或1mhz(dc/dc)；软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源效率，国产6kw通信开关电源，采用软开关技术，效率可达93%；控制技术的发展以及专用芯片的生产，不仅使电源电路大幅简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因素校正技术的开发，提高了ac/dc开关电源的功率因素既治理了电网的谐波污染，又提供可直流电源的整体效率。从上世纪90年代末起，随着对系统更高效率和最低功耗的需求，电信与数据通信设备的技术更新推动电源行业中dc/dc电源转换器向更灵活和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向20世纪末更先进的第四代分布式供电系统结构及中间母线结构，dc/dc电源行业正面临着新的挑战，即如何加入嵌入式智能系统和数字控制。90年代中，半导体生产商们就开发了数控电源管理技术，而当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处于劣势，因而无法被广泛应用。由于板载电源管理的更广泛的应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们开始共同开发数控电源。现今随着直流电源技术的飞速发展整流系统已由以前的分立单元和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控三遥功能，基本实现直流电源无人值守。总之，高效率、小型化、集成化、智能化以及高可靠性是大势所趋，也是今后的主要发展方向。1.3 选题的目的和现实意义随着计算机、电子技术的高速发展，电子技术的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化，使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性电源。这种传统稳压电源技术比较成熟，并且已有大量的集成化线性稳压模块，具有稳定性好、输出纹波电压小、使用可靠等优点。但通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率低，一般只有45%左右。另外，由于调整管上消耗功率较大，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备的要求。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电气设备、家电领域得到了广泛应用，开关电源进入快速发展时期。开关型稳压直流电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关管进行稳压，不需要电源变压器。此外，开关工作频率为几千赫，滤波电容器、电感器数值较小，因此这种开关型的直流电源具有重量轻、体积小的优点。另外，由于功耗小，机内温低，提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为200v-240v，而开关型稳压电源在电网电压为110-260v范围内变化时，都可以获得稳定的输出电压。开关型电源能推动高新技术产品的小型化、轻便化，另外开关电源的发展与应用在节约资源和环境保护方面都具有深远的意义。1.4选题的研究方法及创新之处本设计采用的研究方法是matlab-simulink仿真，通过仿真来研究可调直流电源的输出性能。本设计的创新之处在于设计的可调直流电源是开关型电源，具有高效，输出连续可调等特点。另外，仿真设计中还加入了限电压、限电流、限功率等保护模块，从而使直流电源系统可以在200w功率范围内安全稳定地工作。第二章 小功率可调直流电源的相关原理2.1 pwm控制原理介绍2.1.1 pwm控制技术pwm（pulse width modulation）控制技术就是对脉冲宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效获得所需要波形（含形状和幅值）。直流斩波电路实际上采用的就是pwm技术，这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。改变脉冲的占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对占空比进行控制，这是pwm控制中最为简单的一种情况。pwm控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是pwm型逆变电路。可以说pwm控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才发展得比较成熟，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。近年来，pwm技术在整流电路中也开始应用，并显示出优越性。2.1.2 pwm控制的基本原理 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。图2-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲分别将如图2-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（r-l电路）上，如图2-2所示。其输出电流对不同窄脉冲时的输出响应波形如图2-2所示。从图2-2的输出波形可以看出，在的上升段，的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。图2-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形2.1.3 pwm的异步调制和同步调制 在pwm控制电路中，载波频率fc与调制信号频率fr之比n=fc/fr称为载波比。根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，pwm调制方式可以分为异步调制和同步调制。1.异步调制载波信号和调制信号不保持同步的调制方式成为异步调制。在异步调制方式中，通常保持载波频率fc固定不变，因而当信号波频率fr变化时，载波比n是变化的。同时，在信号波的半个周期内，pwm波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。当信号波频率降低是，载波比n较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称产生的不利影响都较小，pwm波形接近正弦波。当信号波频率增高时，载波比n减小，一周期内的脉冲数减少，pwm脉冲不对称的影响就变大，有时信号波的微小变化还会产生pwm 脉冲的跳动。这就使得输出的pwm波和正弦波的差异变大。对于三相pwm型逆变电路来说，三项输出的对称性也变差。因此，在采用异步调制方式时，希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。2.同步调制 载波比n为常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。在基本同步调制方式中，信号波频率变化时载波比n不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。在三相pwm逆变电路中，通常公用一个三角波载波，且取载波比n为3的整数倍，使三相输出波形严格对称。同时，为了使一相的pwm波正负半周期镜对称，n应取为奇数。2.2 pwm控制的实现方法2.2.1 用单片机实现pwm控制pwm控制可通过单片机来实现。用单片机实现pwm控制时，单片机系统at89s5l单片机为核心控制器，具有电压可预置、可步进调整、输出的电压信号和预置的电压信号可同时显示的数控直流电源，其硬件原理方框图如图2-3所示。系统由at89c5l控制电路、键盘电路、主电路、da电路、功放电路、短路保护、电压采样电路、led显示电路几部分组成。系统通过“开关”、“加”、“减”三个按键来控制预置电压的升降，并通过数码管显示。at89s51单片机送出相应的数字信号，在da转换之后输出小电流，该电流信号经电流放大后生成能够驱动主电路的pwm控制信号来控制主电路的直流输出，同时由led数码管显示输出电压值，输出值经采样电路后反馈给单片机系统，通过反馈实现稳压输出。图2-3 单片机pwm控制系统图2-3所示为单片机pwm控制系统，除单片机外，外部还需要d/a转换器，电流放大电路，外围电路相对较为复杂。该以单片机为核心的pwm控制电路虽然功能比较完善，但是对设计者的要求很高。要求熟练at89c51 单片机，并且还要能熟练的编写程序。单片机程序的编写与调试是有很大难度的，所以对于一般的设计者，或者输出要求不是特别精确的直流可调电源，一般不采用单片机控制方式，而选用pwm集成控制专用芯片。2.2.2 pwm集成控制器pwm控制技术主要分为两种，一种是电压模式pwm控制技术，另一种是电流模式pwm控制技术。1.电压模式pwm控制器最初在开关电源采用的电压模式pwm控制技术，其工作原理如图2-4所示。输出电压uo与基准电压相比较后得到误差信号uerror。该误差信号与锯齿波发生器产生的锯齿波信号进行比较，有pwm比较器输出占空比变化的矩形波驱动信号，这就是电压模式控制技术的工作原理。由于该系统是单环控制系统，其最大的缺点是没有电流反馈信号。由于开关电源的电流都要流经电感，因此相应的电压信号会有一定的延时。然而对于稳压电源来说，需要不断地调节输入电流，以适应输入电压的变化和负载的需求，从而达到稳定输出电压的目的。因此仅采用采样输出电压的方法，其稳压响应速度慢，甚至在大信号变化时，会因产生振荡而造成功率管损坏等故障发生。这是电压模式pwm控制技术最大的不足。具有代表性的电压模式pwm控制器主要有tl494、sg3524等。图2-4 电压模式pwm控制原理图2.电流模式pwm控制器电流模式pwm控制技术是针对电压模式pwm控制技术的缺点发展起来的。所谓电流模式pwm控制，就是在pwm比较器的输入端直接用输出电感检测信号与误差放大器的输出信号进行比较，实现对输出脉冲占空比的控制，使输出电感的峰值电流跟随误差电压变化。这种控制方式可以有效地改善开关管电源的电压调整率和电流调整率，也可以改善整个系统的瞬态响应。电流型pwm控制技术有分为峰值电流控制技术和平均电流型控制技术。这两种控制技术检测并反馈的是一个导通周期内电流变化的峰值和平均值。峰值电流型控制技术方便、快速，但是需要稳定性补偿；平均电流型控制技术稳定可靠，但响应速度较慢，而且控制起来比较复杂。因此，实际应用当中，峰值电流控制模式比平均电流控制模式应用更为普遍。电流模式pwm控制技术的优点：(1)采用逐个脉冲控制，动态响应快，调节性能好。当输入线电压或输出负载变化时，马上引起电感中电流的变化，检测信号也随之变化，脉冲宽度立刻被调整。而在电压模式控制技术中，检测电路对输入电压的变化没有直接的反映，需要输出的电压发生了一定的变化之后，才能对脉冲宽度进行调节，通常需要510个工频之后才能响应输入电压的变化。因此，在采用电压模式pwm控制技术的开关电源中，开关管经常会因为输入电压浪涌造成的电压尖峰信号而损坏。电流模式pwm控制技术则能够很好地避免类似的故障发生。(2)一阶系统，稳定性好，负载响应速度快。(3)具有自动限流作用，限流保护和过流保护易于实现。(4)采用逐个电流脉冲值检测，可以有效抑制变压器偏磁引起的饱和的问题。在全桥变换器或推挽变换器中，无需增加祛磁耦合电容。而电压模式pwm控制技术很难实现这一点。(5)输入线电压的交流纹波可以比较大，减小了输入滤波电容，可靠性得到提高。(6)并联运行时，均流效果好。(7)功率因数高。电流模式pwm控制技术的缺点： (1)电感峰值电流与输出平均电流之间存在误差，控制精度不高。 (2)对高频噪声衰减的速度较慢，抗干扰能力差。 (3)不适用于半桥变换器。由于电流模式pwm控制技术与电压模式pwm控制技术相比，具有不可比拟的优势，因此电流模式pwm控制器成为pwm控制器的主流，全球各大集成电路生产商竞相研制并推出电流模式pwm控制器。比较有代表性的电流模式pwm控制器有uc3842、uc3846等。另外，uc3823和uc3825系列pwm控制器以及mc44603既可以工作在电压模式，也可以工作在电流模式下。2.2.3 典型电流型pwm集成控制器uc3842/3/4/5随着电力电子技术的发展，各种各样的pwm直流变换器集成控制器不断出现，因此开关稳压电源所用的元器件数量大幅地减少。这不但提高了开关电源的可靠性，而且还简化了开关稳压电源的设计计算，使开关稳压电源更便于生产和维护。uc3842/3/4/5是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案。这些集成电路具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率mosfet的理想器件。1.uc3842/3/4/5的基本组成uc3842/3/4/5系列电流型pwm集成控制器内部包括带滞后的欠电压封锁电路、振荡器、误差放大器、电流取样比较器、pwm锁存器和推拉输出电路等，如图2-5所示。由于采用双闭环控制，所以开关电源的负载调整率较高。在正常工作中，只要与高频开关晶体管串联的电流取样电阻两端的尖峰电压达到1v，器件内部的推拉输出级就终止输出，高频开关晶体管立即关断，因此可自然形成逐脉冲限流。该系列ic芯片所需的外部元器件较少，因此可降低开关电源的价格。推拉输出级可以直接驱动n沟道mosfet和双极型晶体管，该系列ic芯片的最高工作频率可达到500khz,启动电流小于1ma。其保护特性包括输入和参考欠压锁定，各有滞后、逐周电流限制、可编程输出静区时间和单个脉冲测量锁存。2.uc3842/3/4/5的优点(1)当流过开关管的电流达到给定值时，开关管自动关断，因此可以实现逐周限流。(2)自动消除工频输入电压经整流后的纹波电压，在开关电源的输出端，300hz以下的纹波电压很低，因此可以减小输出滤波电容的容量。(3)多台开关电源并联工作时，pwm开关控制器具有内在均流能力，同时具有更快的负载动态响应。图2-5 uc3842/3/4/5内部结构框图3.引脚排列及功能 图2-6 uc3842/3/4/5两种不同封装形式的引脚排列该系列ic芯片采用dil-8、soic-8、soic-14及plcc-20等多种封装形式。这些封装形式的芯片的引脚排列如图2-6所示。so-14封装的图腾柱式输出级有单独的电源和接地管脚。引脚功能引脚功能说明8管脚14管脚11补偿该管脚为误差放大器输出，并可用于环路补偿。23电压反馈该管脚是误差放大器的反相输入端，通常通过一个电阻分压器连至开关电源输出。35电流取样一个正比于电感器电流的电压接至此输入，脉宽调制器使用此信息中止输出开关的导通。47rt/ct通过将电阻rt连接至vref以及电容ct连接至地，使振荡器频率和最大输出占空比可调。工作频率可达1mhz。5-地该管脚是控制电路和电