CDCD開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì),cdcd,開(kāi)關(guān)電源,設(shè)計(jì) 1DC/DC 直流開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)XXX 姓名摘 要：本文主要介紹了 DC/DC 直流開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì),在主回路中整流電路采用單相橋式、功率轉(zhuǎn)換電路采用單端正激功率轉(zhuǎn)換電路、采用增加副邊繞組的方法實(shí)現(xiàn)多路輸出；控制電路采用 PWM 控制，控制器采用開(kāi)關(guān)電源集成控制器 GW1524、設(shè)計(jì)了過(guò)壓保護(hù)電路、電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路。【關(guān)鍵詞】DC/DC 變換器、PWM 控制、整流、濾波。1 背景分析電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入 80 年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入 90 年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。2、開(kāi)關(guān)電源的基本原理開(kāi)關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開(kāi)關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖所示，DC-DC 變換器是進(jìn)行功率變換的器件，是開(kāi)關(guān)電源的核心部件，此外還有啟動(dòng)電路、過(guò)流與過(guò)壓保護(hù)電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測(cè)其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過(guò)誤差放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。其結(jié)構(gòu)圖如圖所示。V1 V0DC/DC 變換器驅(qū)動(dòng)器 PWM比較放大取樣參考電壓23、整流電路的設(shè)計(jì)整流是將交流電變成脈動(dòng)直流電的過(guò)程。電源變壓器輸出的交流電經(jīng)整流電路得到一個(gè)大小變化但方向不變的脈動(dòng)直流電。整流電路是由具有單向?qū)щ娦缘脑缍O管、晶間管等整流元件組成的。整流電路的選擇如下：?jiǎn)蜗嗾麟娐酚袃煞N：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(shè)計(jì) DC/DC 變換器進(jìn)行功率變換，是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比來(lái)調(diào)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(kāi)關(guān)電源的核心部分，開(kāi)關(guān)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(diào)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(kāi)關(guān) S 通/ 斷時(shí)間的比例，用電抗器與電容器蓄積能量的元件。3對(duì)續(xù)流的波形進(jìn)行平滑處理，從而更有效地調(diào)整功率流的電路。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式 TS 不變，改變 ton（通用） ，二是頻率調(diào)制方式，t on 不變，改變 TS（易產(chǎn)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(kāi)關(guān)的控制方式分有自勵(lì)式和它勵(lì)式，以及脈寬調(diào)制、脈頻調(diào)制與幅度調(diào)制等多種方式。5、單端正激變換器的設(shè)計(jì)單端正激變換器主回路如圖所示。它是在 Buck 電路的開(kāi)關(guān) 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(gè)變壓器，因此在輸出端需附加一個(gè)電感器 L 作為能量的儲(chǔ)藏及傳送元件。電路中必有一個(gè)續(xù)流二極管，同時(shí)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(gè)繞組 P2 與二極管 Dl 串聯(lián)后接至 Vs。這個(gè)繞組主要起去磁復(fù)位的作用。6、 控制電路的設(shè)計(jì)PWM 開(kāi)關(guān)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(nèi)部參數(shù)變化、外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過(guò)被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。PWM 的開(kāi)關(guān)頻率一般為恒定，控制取樣信號(hào)有：輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓、開(kāi)關(guān)器件峰值電流。由這些信號(hào)可以構(gòu)成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流及恒定功率的目的，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)一些附帶的過(guò)流保護(hù)、抗偏磁、均流等功能。對(duì)于定頻調(diào)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(kāi)關(guān)電源集成控制器開(kāi)關(guān)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(wǎng)的電能傳遞給負(fù)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(kāi)關(guān)電源集成控制器。開(kāi)關(guān)電源集成控制器多為脈寬調(diào)制型(PWM),早期 PWM 多為電壓型，缺點(diǎn)是瞬念響應(yīng)不好。電流控制型 PWM 的性能和功能均優(yōu)于電壓控制型，國(guó)外新生產(chǎn)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(shì)。本設(shè)計(jì)采用 GWl524 作為系統(tǒng)的控制器。8、 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)開(kāi)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(kāi)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(huì)引起一系列的燒壞元器件典故，其后果極其嚴(yán)重。在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路中，功率開(kāi)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(hào)電路要高得多，這不僅要求功率開(kāi)關(guān)管及其電源電路的可靠性高，而且還要設(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(wú)器件。開(kāi)關(guān)電源的保護(hù)電路主要是過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)。由于集成控制芯片可以實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)，這里只設(shè)計(jì)過(guò)壓保護(hù)電路。 過(guò)電壓保護(hù)電路采用使開(kāi)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(hào)，切斷輸入側(cè)的反饋繞組。圖為過(guò)壓保護(hù)電路。如果有任何一路輸出端電壓超過(guò)其極限值，5總結(jié)：本文通過(guò)查閱有關(guān)開(kāi)關(guān)電源的資料，將開(kāi)關(guān)電源和線性電源進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)開(kāi)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(duì)開(kāi)關(guān)電源的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，然后對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)部分的電路的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、對(duì)元器件選型，最后進(jìn)行系統(tǒng)的整合。在設(shè)計(jì)過(guò)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。參考文獻(xiàn)[1]何希才.新型開(kāi)關(guān)電源及其應(yīng)用.北京：人民郵電出版，1996 年[2]周志敏、周紀(jì)海等.開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2003 [3]葉慧貞、楊興洲等.新穎開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999[4]王英劍.新型開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，1999 年[5]孫燕、劉愛(ài)民.Protel 99 設(shè)計(jì)與實(shí)例.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [6]王力、張偉.電路設(shè)計(jì)與制板.北京：人民郵電出版社，2003 年R1100 R2100R3100R4100D15VD212VD315VCNPN5V15V12V5VR5PNPR65V接接接接