提高开关式串联型稳压电源可靠性的设计.doc

安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） 安徽工贸职业技术学院毕业论文(设计)提高开关式串联型稳压电源可靠性的设计姓 名张飞学科专业应用电子研究方向电子指导教师王琳完成时间2010年3月毕业论文（设计）承诺书本人郑重承诺：1、本论文（设计）是在指导教师的指导下，查阅相关文献，进行分析研究，独立撰写而成的。2、本论文（设计）中，所有实验、数据和有关材料均是真实的。3、本论文（设计）中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或机构已经撰写发表过的研究成果。4、本论文（设计）如有剽窃他人研究成果的情况，一切后果自负。毕业论文（设计）作者签名： 签字日期：年月日毕业论文（设计）版权使用授权书本论文作者完全了解亳州职业技术学院有关保留、使用论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权亳州职业技术学院可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。论文作者签名： 指导教师签名：签字日期：年月日 签字日期： 目录引言.51 开关稳压电源设计分析.41.1开关稳压电源的工作原理. 1.2 开关电源电路基本分类. 1.2.1 开关电源的分类 1.2.2 开关电源的选择1.3 开关稳压电源.1.3.1 开关电源的电路组成 1.3.2开关电源的工作原理及电压波行.2 串联型开关稳压电源电路整体设计. 2.1 串联型开关稳压电源电路图及工作原理. 2.2 电路参数计算.总结.致谢.参考文献.摘要现在，电子技术和应用迅速地发展，对电子仪器和设备的要求是：性能上，更加安全可靠，在功能上，不断地增加。在使用上自动化程度越来越高。在体积上，要日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关稳压电源就显得更加重要了。所以，开关稳压电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面都得到了越来越广泛的应用，发挥了巨大的作用，这大大促进了开关稳压电源的发展，从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加，开关稳压电源的品种和类型也越来越多.本论文以串联型开关稳压电源为例简要介绍其重要性.关键词开关晶体管 整流滤波电路 换能器 控制电路 引言开关稳压电源具有功耗小,效率高,温升低,重量轻,体积小,稳压范围低以及用行频脉冲作开关信号等特点.被誉为高效节能电源,现已成为稳压电源的主导产品,当今开关电源正向着集成化,智能化的方向发展,高度功能强大的开关型稳压电源代表着开关电源发展的主流方向. 开关晶体管采用行频脉冲作为其开关信号,可使电源的开关过程对电视图像造成的干扰减至最小,而且由于频率高,滤波电容的容量可大大减小.另外振荡电路出现故障时,由于开关故障消失,电源就自动切断,自动保护了行扫描电路.1 开关稳压电源设计分析串联开关型稳压电源原理图如图1所示。图中U1是未经稳压的的直流输入电压，晶体管VT为开关管，UB为矩形波，控制开关管的工作状态，电感L和电容C组成滤波电路，VD为续流二极管。电路主要由开关管、开关驱动电路和滤波电路组成。 开关管和滤波电路的工作原理如图1所示。驱动电路的工作原理由式(1)可知，当电路的输入电压波动或者电路的负载发生变化而引起输出电压的变化时，如果能在UO增大时，减小控制电压UB的占空比或在UO减小时，增大UB的占空比，那么输出电压就可以获得稳定。驱动电路的工作原理如图1所示。驱动电路主要由取样电路（R1、R2）、基准电压电路、误差放大器A1、三角波发生器和电压比较器A2组成。取样电路通过R1、R2对UO分压得到反馈电压UF，基准电压电路输出稳定的电压VREF，两个信号之差经A1放大后，作为由A2组成的电压比较器的阈值电压UP，将三角波发生器的输出US与UP比较，得到开关管的控制信号UB。图1 串联式开关型稳压电源原理图当UO升高时，反馈电压UF随之增大，与基准电压VREF之间的差值减小，因而误差放大器A1的输出电压UP减小，经电压比较器使UB的高电平变小，占空比D变小，因此输出电压随之减小，调节的结果令UO基本不变。其调节控制过程简述如下：如图2波形所示，当时， 的占空比大于50%；当时，占空比小于50%，所以改变取样电路R1、R2的比值，可以改变输出电压的数值。由以上分析可知，通过调节控制信号的占空比来改变开关管的导通时间TON，从而实现稳压的目的，但是开关管的开关周期T保持不变，所以根据以上模式工作的稳压电路被称为脉宽调制型（PWM，Pulse Width Modulation）开关电源。开关稳压电源的工作原理以串联开关型稳压电源为例，介绍开关稳压电源的工作原理，串联开关型稳压电源原理图如图1所示。图中U1是未经稳压的的直流输入电压，晶体管VT为开关管，UB为矩形波，控制开关管的工作状态，电感L和电容C组成滤波电路，VD为续流二极管。电路主要由开关管、开关驱动电路和滤波电路组成。开关管和滤波电路的工作原理如图1所示。驱动电路的工作原理由式(1)可知，当电路的输入电压波动或者电路的负载发生变化而引起输出电压的变化时，如果能在UO增大时，减小控制电压UB的占空比或在UO减小时，增大UB的占空比，那么输出电压就可以获得稳定。驱动电路的工作原理如图1所示。驱动电路主要由取样电路（R1、R2）、基准电压电路、误差放大器A1、三角波发生器和电压比较器A2组成。取样电路通过R1、R2对UO分压得到反馈电压UF，基准电压电路输出稳定的电压VREF，两个信号之差经A1放大后，作为由A2组成的电压比较器的阈值电压UP，将三角波发生器的输出US与UP比较，得到开关管的控制信号UB。图1 串联式开关型稳压电源原理图当UO升高时，反馈电压UF随之增大，与基准电压VREF之间的差值减小，因而误差放大器A1的输出电压UP减小，经电压比较器使UB的高电平变小，占空比D变小，因此输出电压随之减小，调节的结果令UO基本不变。其调节控制过程简述如下：当UO减小时，与上述变化过程相反。值得注意的是，负载电阻变化时会影响LC滤波电路的滤波效果，因而开关型稳压电路不适用于负载变化较大的场合。如图2波形所示，当时，的占空比大于50%；当时，占空比小于50%，所以改变取样电路R1、R2的比值，可以改变输出电压的数值。由以上分析可知，通过调节控制信号的占空比来改变开关管的导通时间TON，从而实现稳压的目的，但是开关管的开关周期T保持不变，所以根据以上模式工作的稳压电路被称为脉宽调制型（PWM，Pulse Width Modulation）开关电源。图2PWM控制器（开关电源控制器）开关电源控制器在串联开关型稳压电路中的应用如图15-3-3所示，它实际上就是一个脉冲宽度调制控制器，也适用于其他脉宽调制的场合。总结经过一个学期的学习研究,我对开关电源的原理和设计方法有了更深刻的认识,结合我在完成论文的过程中所学到的知识及获得的经验,可以得到以下结论:1. 开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制和IC和三极管构成.2. 数字化的控制将在开关电源将来的发展中起到越来越重要的作用,它将使控制更加智能化,网络化,调节设计更加方便,满足对高质量开关电源的可靠性和实时控制的要求.3. 本论文的开关电路我用的是三极管作为开关,也可以用场效应管作为开关管,它在这样可以省去控制电路.本论文的完成只有一个学期,时间很短,加之本人知识水平有限,对各种开关电源的理解还不够深入,所以论文只能在一个较浅的层面进行讨论,不足之处我深感遗憾,并争取在今后的学习,工作中进一步提高认识,弥补欠缺.致谢 三年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。 回首三年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师三年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。三年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。 最后，我要特别感谢李建设老师、王琳老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励,使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激.#老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢她耐心的辅导。在系统开发过程中#老师也给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得系统能够及时开发完成，这里一并表示真诚的感谢。参考文献1林春方,机械工业出版社,20092 周志敏 周纪海 开关电源使用技术设计与应