12届毕业设计参考-电专.docVIP

30A/13.8V开关电源的制作 目 录 1 引言 1 2 开关电源概述 3 2.1 开关电源工作原理 3 2.2 开关电源的分类 3 2.3 开关电源的组成 4 2.4 开关电源的控制方式 5 2.5 开关电源的特点 5 3 开关电源中的主要器件与变换电路介绍 7 3.1 功率开关器件 7 3.1.1 电力晶体管(GTR) 7 3.1.2 功率开关MOSFET 7 3.1.3 绝缘门极晶体管IGBT 8 3.2 电力二极管 8 3.3 开关变换电路 9 3.3.1 推挽式变换电路 9 3.3.2 半桥式变换电路 10 3.3.3 全桥式变换电路 10 3.3.4 开关变换电路的比较与选择 11 4 控制器件介绍 13 4.1 TL494主要特性 13 4.2 TL494工作原理简述 14 4.3 TL494内部电路结构 14 4.4 TL494的各脚功能及参数 15 4.5 TL494脉冲控制波形图 16 4.6 TL494构成的PWM控制器电路 17 5 开关电源电路的设计与分析 19 5.1 整体电路的设计 19 5.2 输入电路的设计 19 5.3 功率变换电路的设计 20 5.4 控制电路的设计 22 5.5 驱动电路的设计 23 5.6 输出电路的设计 24 5.7 保护电路的设计 25 6 硬件检测 28 7 结论 30 谢辞 31 参考文献 32 附录 33 附录一：原件清单 33 附录二：开关电源原理图 34 外文资料 35 1 引言 性能优良的电源是电子设备安全稳定运行的前提保障，相对于常规的线性电源，开关电源具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，随着科学技术的发展和开关器件的不断开发研究，开关电源技术获得了很大发展。80年代计算机完成电源换代，全面实现了开关电源化，进入90年代图2-1 开关电源工作原理图 开关S以一定的时间间隔重复的接通和断开，当开关S接通时，输入电源Ui通过开关S和电感L滤波电路提供给负载，在整个开通时间内，电源Ui向负载提供能量，同时电感L储存能量；当开关S断开时，储存在电感L中的能量通过二极管VD释放，传送给负载，当电感足够大时，就能给负载提供连续而稳定的能量。负载电压Uo可表示为： (2-1) 式中，TON为开关每次接通时间，T为开关接通关断的工作周期(T=TON+TOFF)。由公式(2-1)可知，改变开关S的开通关断的时间比例，就能改变输出Uo的电压值，也就是说负载在一定的范围内变化时，只要改变Ton与T的比例就能保证输出电压Uo不变[4]。 2.2 开关电源的分类 目前开关电源的种类有很多，从开关电源的工作性质上来区分，大致可以分为“硬开关”和“软开关”两大类[5]。所谓的硬开关就是指电子脉冲、外加控制信号强行对电子开关进行开通和关断的操作，与电子开关器件本身所承受的电压和流过的电流无关。显然这种控制方式是有损耗的，但是由于它的控制方式简单，在很多地方目前仍在使用。软开关技术是在开关器件零电压下导通(ZVS)，零电流下关断(ZCS)。这种工作方式在理论上是没有开关损耗的，对浪涌电压、脉冲尖峰电压的抑制能力很大，其工作频率可以提高到5M以上。 目前DC/DC(直流变直流)变换类型是开关电源的基本变换类型[6]，他通过控制开通和关断的时间比例，控制调节脉冲的宽度和频率，再通过电抗器和电容器对开关波形进行微分平滑处理。 按开关电源的触发方式分类，可分为自激式和反激式，自激式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。 自激式包括单管式和推挽式，他激式包括调频式(PFW) 、调宽式(PWM)、调幅式(PAM)和谐振式(RSM)，现在用的最多的是调宽式，调宽式又包括正激式、反激式、半桥式、全桥式、推挽式和阻塞式[7]。 2.3 开关电源的组成 开关电源的基本组成如图2-2所示。 图2-2 开关电源的组成 开关电源主要包括输入电路、功率变换电路、控制电路、保护电路和输出电路，核心是实现DC/DC转换和进行脉宽调制。 输入电路主要包括滤波电路、防冲击电路和整流滤波电路；输出电路对变换后的电压进行整流滤波从而得到稳定的电压输出；控制电路是采用控制芯片控制开关管的开通和关断，主要有PWM控制和PFM控制。保护电路对过流过压情况进行保护，从而使系统能够可靠稳定的运行 其中功率转换部分用的是DC/DC变换器，它是开关电源的核心部分；脉冲