开关电源12 张强整理版

2021-06-17 10:29:33本页面

开关电源12 张强整理版


【正文】

. 论文 基于TL494的220V12V的开关电源设计 摘要 随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用,人们对其需求量日益增长,并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低,又笨又重的线性电源。 电力电子技术的发展,特别是大功率器件IGBT[1]和MOSFET的迅速发展,将开关电源的工作频率提高到相当高的水平,使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务,信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求,从而促进了220V12V的开关电源发展。 开关电源通常采用脉宽调制式开关稳压电源。

这种电源具有功耗小、转换效率高、工作可靠、保护完善和稳压范围宽等特点,开关电源的高频变换电路形式很多,常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。本课题介绍了一种基于PWM[2]技术的半桥式220V12V的开关电源,它是通过用单端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制主开关的导通来控制直流输出的。本文给出了220V12V的开关电源的交流输入整流滤波电路、辅助电源电路、PWM控制及驱动电路,单路直流输出电路详细设计方法及设计思路,并附有详细的电路图。 关键词:IGBT,PWM,开关电源,驱动电路,整流。 目录 第1章选题背景 4 第2章开关电源简介 5 2。

1开关电源概述 5 2.1.1开关电源的工作原理 5 2.1.2开关电源的组成 6 2.1.3开关电源的特点 7 2.2开关电源的分类 7 2.3开关器件的分析 8 2.3.1电力二极管 8 2.3.2电力场效应晶体管MOSFET 8 第3章主要开关变换电路 10 2.1推挽开关变换电路 10 2.2半桥开关变换电路 11 2.2.1半桥开关变换电路工作原理 11 2.2.2半桥变换器的应用 12 第3章TL494在微机开关电源中的应用 14 3.1TL494概述 14 3.1.1TL494主要特性 14 3.1.2TL494工作原理简述 14 3.1.3TL494内部电路结构 15 3。

2TL494的各脚功能及参数 16 3.3TL494脉冲控制波形图 17 3.4TL494构成的PWM控制器电路 18 第4章微机开关电源的原理与组成 21 4.1微机开关电源的原理 21 4.2微机开关电源的组成 22 4.2.1交流输入整流滤波电路 22 4.2.2脉冲半桥功率变换电路 24 4.2.3脉宽调制控制电路 25 4.2.4多路直流稳压输出电路 25 4.2.5+5VSB、PSON、PWOK控制信号 26 4.2.6自动稳压与保护控制电路 26 第5章微机开关电源电路图的分析 27 5.1交流输入整流滤波电路 27 5.2辅助电源电路 28 5.3PSON信号控制电路 29 5。

4PWOK信号控制电路 30 5.5脉宽调制控制电路 31 5.6功率变换及直流输出电路 32 5.7自动稳压控制电路 33 结论 35 参考文献 36 致谢 37 附录 38 外文资料译文 43 第1章选题背景 电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代,进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。 取代相控电源。开关电源的使用为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。目前,国内开关电源自主研发及生产厂家有300多家。

形成规模的有十多家。国产开关电源已占据了相当市场,一些大公司如中兴通讯自主开发的电源系列产品已获得广泛认同,在电源市场竞争中颇具优势,并有少量开始出口。 国外的一些大公司,像美国IR公司对开关电源研究从70年代就开始了,现在他们的技术已经相当的成熟了,如在开关管这方面,IR公司开发的一种新型IGBT开关管,其沟槽(Trench)原胞密度已达每平方英寸1.12亿个的世界最高水平,通态电阻R可达3毫欧。我们国内的开关电源和国外还有相当的一段差距。 电源是电脑系统的动力基础,是电脑主机配件的动力源泉。电源输出的电流好坏,直接影响电脑主机各配件性能的发挥和使用寿命,随着近年各种硬件设备频率、速度和功耗的提高。

电源对于整个系统稳定性的影响也越来越大。 220V12V直流输出开关电源[3]的核心部件是主变压器,而高频变换电路形式很多,常用的变换电路有推挽,全桥,半桥,单端正激和单端反激等形式。本文介绍了一种基于PWM技术的半桥式220V12V直流输出开关电源,它是通过用单端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制主开关的导通来控制直流输出的。 第2章开关电源简介 2.1开关电源概述 2.1.1开关电源的工作原理 开关电源的工作原理图如图21所示;图中输入的直流不稳定电压Ui经开关S加至输出端,S为受控开关,是一个受开关脉冲控制的开关调整管。使开关S按要求改变导通或断开时间,就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压。

这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波就可得到稳定的直流输出电压U0。 图21开关电源的工作原理 为方便分析开关电源电路,定义脉冲占空比如下: (11) 式中,T表示开关S的开关重复周期;TON表示开关S在一个开关周期中的导通时间。 开关电源直流输出电压Uo与输入电压Ui之间有如下关系: Uo=Ui*D(12) 由式(11)和式(12)可以看出,若开关周期T一定,改变开关S的导通时间TON,即可改变脉冲占空比D,从而达到调节输出电压的目的。T不变,只改变TON来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制(PWM)。 由于PWM式的开关频率固定,输出滤波电

易实现最优化,因此PWM式开关电源用得较多。若保持TON不变,利用改变开关频率f=1/T实现脉冲占空比调节,从而实现输出直流电压Uo稳压的方法,称做脉冲频率调制(PFM)。由于该方式的开关频率不固定,因此输出滤波电路的设计不易实现最优化。既改变TON,又改变T,实现脉冲占空比调节的稳压方式称做脉冲调频调宽方式。在各种开关电源中,以上三种脉冲占空比调节的稳压方式均有应用。 2.1.2开关电源的组成 开关电源的基本组成如图22所示。其中DC/DC变换器用以进行功率变换,它是开关电源的核心部分;驱动器是开关信号的放大部分,对来自信号源的开关信号进行放大和整形,以适应开关管的驱动要求;信号源产生控制信号。

该信号由它激或自激电路产生,可以是PWM信号、PFM信号或其他信号;比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算,控制开关信号的幅值、频率、波形等,通过驱动器控制开关器件的占空比,以达到稳定输出电压值的目的。除此之外,开关电源还有辅助电路,包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。反馈回路检测其输出电压,并与基准电压比较,其误差通过误差放大器进行放大,控制脉宽调制电路,再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间,从而调整输出电压。 图22开关电源的基本组成 AC/DC变换器也有多种电路形式,其中控制波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。

开关电源与线性电源相比,其输入的瞬态变换比较多地表现在输出端,在提高开关频率的同时,由于比较放大器的频率特性得到改善,开关电源的瞬态响应指标[4]也能得到改善。开关电源的负载变换瞬态响应主要由输出端LC滤波器的特性决定,所以可以通过提高开关频率、降低输出滤波器LC的方法来改善瞬态响应特性。 2.1.3开关电源的特点 (1)效率高:开关电源的功率开关调整管工作在开关状态,所以调整管的功耗小,效率高,一般在80%~90%,高的可达90%以上。 (2)重量轻:由于开关电源省掉了笨重的电源变压器,节省了大量的漆包线和硅钢片,电源的重量只有同容量线性电源的1/5,体积也大大缩小。 (3)稳压范围宽:开关电源的交流输入电压在90~270V范围变化时。

输出电压的变化在2%以下。合理设计电路,还可使稳压范围更宽,并保证开关电源的高效率。 (4)可靠安全:在开关电源中,由于可以方便的设置各种形式的保护电路,所以当电源负载出现故障时,能自动切断电源,保护功能可靠。 (5)功耗小:由于功率开关管工作在开关状态,损耗小,不需要采用大面积散热器,电源温升低,周围元件不致因长期工作在高温环境而损坏,所以采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。 2.2开关电源的分类 开关电源的分类方法有很多,下面介绍几种常见的分类方法。 按电路的输出稳压控制方式,开关电源可分为脉冲宽度调制(PWM)式、脉冲频率调制(PFM)式和脉冲调频调宽式三种。 按开关电源的触发方式分类。

可分为自激式开关电源,自激式开关电源利用电源电路中的开关晶体管和高频脉冲变压器构成正反馈环路,来完成自激振荡,使开关电源输出直流电压。在显示设备的PWM式开关电源中,自激振荡频率同步于行频脉冲,即使在行扫描电路发生故障时,电源电路仍能维持自激振荡而有直流输出电压。 它激式开关电源,它激式开关电源必须有一个振荡器,用以产生开关脉冲来控制开关管,使开关电源工作,输出直流电压。 按电路的输出取样方式分类,可分为直接输出取样开关电源,间接输出取样开关电源;开关电源按功率开关管的连接方式,可分为单端正激开关电源、单端反激开关电源、半桥开关电源和全桥开关电源;按功率开关管与电源供电、储能电感、稳压电压的输出方式。

可分为串联开关电源和并联开关电源。 2.3开关器件的分析 2.3.1电力二极管 电力二极管可分为普通二极管,快恢复二极管,肖特基二极管三种。 普通二极管又称为整流二极管,多用于开关频率不高的整流电路中。其反向恢复时间较长,一般在5s以上,这在开关频率不高时并不重要。其正向电流定额值和反向电压定额值可以达到很高,分别可达数千安和数千伏以上。 快恢复二极管是恢复过程很短,特别是反向恢复过程很短的二极管,简称为快速二极管。快速二极管在工艺上多采用了掺金措施,有的采用PNP结型结构,有的采用改进的PIN结构。采用外延型PIN结构的快恢复外延二极管(FastRecoveryEpitaxialDiodes。

FRED),其反向恢复时间更短(可低于50ns),正向压降也很低(0.9V左右),但其反向耐压多在400V以下。快速二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级,前者反向恢复时间为数百纳秒或更长,后者则在100ns以下,有的甚至达到20~30ns。 以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管,简称为肖特基二极管。肖特基二极管的优点很多,主要是:反向恢复时间很短(10~40ns),正向恢复过程中不会有明显的电压过冲;在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小,明显低于快恢复二极管;其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小,效率高。肖特基二极管的不足之处是:当反向耐压

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