开关式交流稳压电源毕业设计.doc

第1节 引言 在国际上，自美国在20世纪50年代相继出现单端式和推挽式开关电源之后，在60年代就提出了要逐步取消工频整流式电源的要求。70年代，SG公司首先制造出了单片集成脉宽调制（PWM）控制芯片，使开关电源更加小型化，可靠性也得到了进一步的提高。 80年代初英国较早地研制了48V成套高频开关式通信电源系统，从那时到现在的十几年中，美国、德国、加拿大、澳大利亚、新西兰、瑞典、日本、法国、西班牙、挪威等国家，都先后研制出了高频开关式通信基础电源系统，并得到了推广应用。 尽管通信基础电源系统的容量比较大，但还是紧跟开关电源技术的发展而不断进步。各种开关电源的发展方向基本上都是采用更先进的新器件、新技术、新材料、新工艺逐步减少开关电源的体积和重量，改善电气性能指标，提高工作可靠性，降低对电网的污染，消除对其他设备的干扰，增强智能化程度等等。 1.1 概述 目前空间技术、计算机、通信、雷达及家电中的电源逐渐被开关电源取代。现在一般应用的串联调整稳压电源，是连续控制的线性稳压电源。这种传统的串联稳压器，调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的，这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差、效率低，一般只有35~60%。由于调整管上损耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器。而开关电源的调整管工作在开关状态，功率损耗小，效率可达70~95%，稳压器体积小、重量轻，调整管功率损耗较小，散热器也随之减小。此外，开关频率工作在几十kHz，滤波电感、电容可用较小数值的元件，允许的环境温度可可以大大提高。 本毕业设计的宗旨就是如何将比较容易实现的开关式电源方案引用到交流电源稳定的场合 本毕业设计论文阐述一种利用脉冲宽度调制（PWM）技术配合高速电子开关、高频电子变压器和LC滤波器实现交流开关式稳压电源的实现思路并组装出样机予以测试。与传统的可控硅调角式交流稳压电源相比，具有效率高、体积小、非线性失真度低、输出电压和电流稳定等特点。 本文先从交流开关稳压电源的实现机理逐步展开，涉及到可控正弦波产生器、三角波发生器、比较器、脉冲宽度调制（PWM）器、高速电子开关、高频电压变换器以及微处理器及其周边元部件等，都给与较为详尽的阐述。接着对组装、调试、检测等也有相应的介绍，最后给出了按设计要求所测试的结论。 1.2设计指标要求： （1）输入电压 80V－260V （2）输入频率 50Hz±0.5Hz （3）输出电压 5V （4）输出电流 10A （5）输出频率 跟踪输入频率 （6）电源效率 ≥75% （7）谐波失真 ≤1% 第2节 系统分析 2.1 系统的组成结构及工作原理描述 2.1.1 交流开关式稳压电源电路组成结构 交流开关式稳压电源由市电直接整流滤波产生直流电压为倍的输入交流电压（典型值为220V×=311V 直流电压）、电压互感器直接从市电感应出标准正弦波与三角波产生电路配合高速比较器组成脉冲宽度调制器（PWM）、经由反向器、高速电子开关、高频输出变压器、LC 滤波器和多级LC 滤波器、电压和电流取样电路、系统供电电路以及智能微处理器芯片及周边部件（键盘、显示、A/D和D/A等）组成，如图1所示。 图1 装置的总体框图 2.1.2 交流开关式稳压电源工作原理描述 由三角波产生电路产生150KHz的三角波，由低频正弦波产生电路产生50Hz的正弦波，两个信号分别同时送到比较器的同相和反相输入端，在比较器的输出端将产生矩形波，该矩形波的频率同150KHz 的三角波相同，该矩形波的脉冲宽度受50Hz 正弦波实时幅度的调制后随50Hz 正弦波实时幅度而变化，即已调制矩形波。将其送到高速电子开关的其中一个输入端，并经过一级反向器反向，送到高速电子开关的另外一个输入端。市电整流滤波获得的倍于输入交流电压（典型值约为311V左右）的直流高电压送到高速电子开关的电源输入端，高速电子开关的两个输出端由两个反向的输入矩形波驱动，从约311V直流电源取得能量后分别经过一级短时间常数的LC滤波电路连接到高频开关变压器初级，该LC 滤波电路的作用是使得进入高频开关变压器初级的矩形波脉冲的拐角趋于圆滑，以降低其高频谐波。高频开关变压器的初、次级还起到对市电隔离的作用，高频开关变压器的次级获得交变的、拐角圆滑的矩形波电压经过多级长时间常数的LC 滤波电路，将150KHz 高频信号滤除，还原出50Hz 正弦波的调制信号送到负载用于对负载供电。电压和电流取样电路从负载上获取电压和电流信号，分别送两路A/D 转换器转换，变成离散的数字信号，一方面用于通过微处理器处理后进行实时显示，另一方面用于通过微处理器处理后送D/A 转换器变换为模拟量，经过光电隔离驱动电路控制正弦波发生器的幅值，又经过比较器、反向器、高速电子开关、LC 滤波、高频开关变压器、多级LC 滤波