100W双管正激变换器设计（毕业学术论文设计）.doc

PAGE PAGE 1 绪论 随着计算机、电子技术的高速发展，电子技术的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化，使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。 1．1 开关电源的发展 开关电源被誉为高效节能电源，代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。 开关电源分为DC/DC和AC/DC两大类。前者输出质量较高的直流电，后者输出质量较高的交流电。开关电源的核心是电力电子变换器。按转换电能的种类，可分为直流-直流变换器（DC/DC变换器），是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器[1]；逆变器，是将直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器；整流器是将交流电转换成直流电的电能变换器和交交变频器[18]四种。 传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳压电源技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点。但通常需要体积大而且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有百分之四十五左右[16]。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的要求。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制作的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。 到了20世纪90年代，开关电源在电子、电气设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展时期。 开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。以功率晶体管为例，当开关管饱和导通时，集电极和发射机两端的电压降接近零；当开关管截止时，其集电极电流为零。所以其功率小，效率可高达百分之七十至九十五。另外功率小，散热器也随之减小。开关型稳压电源直接对电网进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器。此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小，因此开关电源具有重量轻、体积小等优点。最后，由于功耗小，机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性，而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V，而开关型稳压电源在电网电压为11OV-260V范围内变化时，都可获得稳定的输出电压[5]。 开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前的小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化[14]，另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。 21世纪，市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用MOSFET的开关电源转换频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。 开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电常数及降低其等效串联电阻等，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。总之，在开关电源技术领域里，边研究低损耗回路技术，边开发新型元器件，两者相互促进，并推动着开关电源以每年超过两位数的增长率向小型、薄型、高频、低噪声以及高可靠性方向发展。 1.2 开关电源的基本构成 如图1所示，开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。其中DC/DC变换器用来进行功率变换，是开关电源的核心部分，此外还有启动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路(R1、R2)检测输出电压变化，与基准电压比较，误差电压经过放大及脉宽调制(PWM)电路，在经过驱动电路控制器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的[11]。 图1 1.3 DC/DC变换器的基本拓扑 1.2.1 概述 直流变换器按输出与输入间是否有电气隔离可