电子系统设计创新与实践实习报告.doc

开关稳压电源的设计一、引言【1】.设计要求输入220V,50Hz交流;在电阻负载条件下,设计一个稳压电源使电源满足下述要求:1、输出电压UO可调范围:30V~36V;2、最大输出电流IOmax:2A;3、U2从15V变到21V时,电压调整率SU≤2%(IO=2A);4、IO从0变到2A时,负载调整率SI≤5%(U2=18V);-峰值UOPP≤1V(U2=18V,UO=36V,IO=2A);-DC变换器的效率≥70%(U2=18V,UO=36V,IO=2A)【2】设计系统特点本系统的设计电路由AC-DC变换电路、DC-DC变换电路、设定与显示电路、保护和测量电路等四部分组成。AC-DC变换电路:由自耦变压器、隔离变压器、桥式整流堆、和滤波电容等元件组成,可以在隔离变压器副边输出15~21V的电压,滤波后给DC-DC提供直流电压。DC-DC变换电路:采用Boost型拓扑结构,含有运放构成的固定频率脉宽调制电路,快速场效应管、电感等。本系统通过调节取样电阻形成闭环反馈回路,采样康铜丝上的电压反馈为输入端。本系统具有调整速度快,精度高,电压调整率低,负载调整率低,效率高,无需另加辅助电源板,输出纹波小等优点。二、课题设计随着社会飞速前进,用电设备与日俱增。但电力输配设施的老化和发展滞后,以及设计不良和供电不足等原因造成末端用户电压的过低,而线头用户则经常电压偏高。对用电设备特别是对电压要求严格的高新科技和精密设备,犹如没有上保险。不稳定的电压会给设备造成致命伤害或误动作,影响生产,造成交货期延误、质量不稳定等多方面损失。同时加速设备的老化、影响使用寿命甚至烧毁配件,使业主面临需要维修的困扰或短期内就要更新设备,浪费资源;严重者甚至发生安全事故,造成不可估量的损失。优点: [1].功耗小,效率高。在图1中的开关稳压电源电路中,晶体管V在激励信号的激励下,它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态,转换速度很快,频率一般为50kHz左右,在一些技术先进的国家,可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小,电源的效率可以大幅度地提高,其效率可达到80%。[2].体积小,重量轻。从开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后,又省去了较大的散热片。由于这两方面原因,所以开关稳压电源的体积小,重量轻。[3].稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的,输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿,这样,在工频电网电压变化较大时,它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽,稳压效果很好。此外,改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。这样,开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点,而且实现稳压的方法也较多,设计人员可以根据实际应用的要求,灵活地选用各种类型的开关稳压电源。[4].滤波的效率大为提高,使滤波电容的容量和体积大为减少。开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz,是线性稳压电源的1000倍,这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加电容滤波,效率也提高了500b倍。在相同的纹波输出电压下,采用开关稳压电源时,滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500—1/1000。[5].电路形式灵活多样。例如,有自激式和他激式,有调宽型和调频型,有单端式和双端式等等,设计者可以发挥各种类型电路的特长,设计出能满足不同应用场合的开关稳压电源。基本原理设计方法本系统的设计电路由AC-DC变换电路、DC-DC变换电路、设定与显示电路、保护和测量电路等四部分组成。AC-DC变换电路:由自耦变压器、隔离变压器、桥式整流堆、和滤波电容等元件组成,可以在隔离变压器副边输出15~21V的电压,滤波后给DC-DC提供直流电压。DC-DC变换电路:采用Boost型拓扑结构,含有运放构成的固定频率脉宽调制电路,快速场效应管、电感等。本系统通过调节取样电阻形成闭环反馈回路,采样康铜丝上的电压反馈为输入端。本系统具有调整速度快,精度高,电压调整率低,负载调整率低,效率高,无需另加辅助电源板,输出纹波小等优点。2、原理框图开关稳压电源部分【2】变压器部分3、各个模块的分析【1】DC-DC模块分析如图,本设计采取的是并联式开关电源。并联式开关电源的工作原理比较简单,工作效率很高,因此应用很广泛。特别是在一些小电子产品中,并联式开关电源作为DC/DC升压电源应用最广。【2】电源模块分析电压模块由变压、整流、滤波、稳压四部分组成。整流部分采用的是单项桥式整流,滤波部分采用的是电容滤波,稳压部分采用的是三端集成稳压器。该模块可输出+12v、-12v、+5v电压。主要用于给单片机和运放供电。本设计的特