200w小功率直流電源設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、<p><b>　　湘潭大學(xué)</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　題 目： 200W小功率直流電源設(shè)計(jì)仿真研究</p><p>　　學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 自 動(dòng) 化

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成日期： 2010年5月 </p><p><b>　　湘 潭 大 學(xué)</b><

3、/p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）題目： 200W 小功率直流電源設(shè)計(jì)仿真研究 </p><p>　　學(xué)號(hào)： 姓名：

4、 專業(yè)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 系主任： </p><p>　　一、主要內(nèi)容及基本要求</p><p>　　設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：通過軟件仿真實(shí)現(xiàn)小功率直流電源的直流輸出可調(diào)。仿真研究采用MA

5、TLAB軟件實(shí)現(xiàn)，包括直流電源的交流濾波部分、整流橋、直流濾波部分、直流斬波部分、輸出反饋以及控制電路設(shè)計(jì)等。 </p><p>　　設(shè)計(jì)的基本要求：

6、 </p><p>　　1、輸入交流電壓的有效值：170V—275V </p><p>　　2、輸出直流電壓：0—185V可調(diào)

7、 </p><p>　　3、輸出直流電流：0—1.5A可調(diào) </p><p><b>　　二、重點(diǎn)研

8、究的問題</b></p><p>　　學(xué)會(huì)熟練運(yùn)用MATLAB/Simulink仿真軟件。在直流電源的軟件仿真中的難點(diǎn)在于如何設(shè)計(jì)好主電路，選擇哪種整流電路，選擇哪種直流斬波器。另外觸發(fā)開關(guān)管的控制電路和反饋電路的設(shè)計(jì)也是軟件仿真的關(guān)鍵部分。在仿真電路能實(shí)現(xiàn)直流可調(diào)的基本功能后，還要考慮如何設(shè)計(jì)保護(hù)電路，如限電壓保護(hù)、限電流保護(hù)及限功率保護(hù)等。從而使整個(gè)電路不會(huì)長(zhǎng)期工作在過載狀態(tài)，以便整個(gè)直流電源系統(tǒng)

9、能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作。 </p><p><b>　　三、進(jìn)度安排</b></p><p>　　四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)</p><p>　　[1] 李國(guó)勇，謝克明編

10、.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與CAD[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.128-185. </p><p>　　[2] 王兆安，黃俊主編.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.1-108.

11、 </p><p>　　[3] 陳永真編.高效開關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.88-142. </p><p>　　[4] 李金伴，李捷輝主編.開關(guān)電源技術(shù)

12、[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.1-90. </p><p>　　[5] 倪海東，蔣玉萍主編.開關(guān)電源專用電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.153-198.

13、 </p><p>　　[6] 黃忠霖，黃京主編.電力電子技術(shù)的MATLAB實(shí)現(xiàn)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.152-175. </p><p>　　[7] 周淵深主編.電力電子技術(shù)

14、與MATLAB仿真[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.161-18. </p><p>　　[8] 王翠珍，唐金元.可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2006，第32卷(第5期)：113-115.

15、 </p><p>　　[9] 楊鳳彪.基于MATLAB的大功率直流電源仿真研究[J].電氣開關(guān)，2008，第4卷(第3期)：37-38. </p>&

16、lt;p>　　[10] 胡君臣.用UC3842芯片設(shè)計(jì)開關(guān)電源[J].儀表技術(shù)，2006，第3卷(第3期)：79-83. </p><p>　　[11] 李雷.降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計(jì)[C].北京交通大學(xué)碩士論文，2009.1-22.

17、 </p><p>　　[12] 脫立芳.降壓型PWM DC-DC開關(guān)電源技術(shù)研究[C].西安電子科技大學(xué)碩士論文，2008，1-27.

18、 </p><p><b>　　湘 潭 大 學(xué)</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱表</b></p><p>　　學(xué)號(hào) 姓名 專業(yè) </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 200W小功率直流電源設(shè)計(jì)仿真研究

19、 </p><p><b>　　湘 潭 大 學(xué)</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)鑒定意見</b></p><p>　　學(xué)號(hào)： 姓名： 專業(yè)： </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 38 頁

20、 圖 表 40 張</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第一章 引言1</p><p>　　1.1 電力電子技術(shù)綜述1&

21、lt;/p><p>　　1.1.1 電力電子技術(shù)的簡(jiǎn)介與發(fā)展史1</p><p>　　1.1.2 電力電子技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景2</p><p>　　1.2 直流電源技術(shù)的研究狀況及發(fā)展方向3</p><p>　　1.2.1 傳統(tǒng)直流電源3</p><p>　　1.2.2 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源4</p>

22、<p>　　1.3 選題的目的和現(xiàn)實(shí)意義5</p><p>　　1.4選題的研究方法及創(chuàng)新之處6</p><p>　　第二章 小功率可調(diào)直流電源的相關(guān)原理7</p><p>　　2.1 PWM控制原理介紹7</p><p>　　2.1.1 PWM控制技術(shù)7</p><p>　　2.1.2 PW

23、M控制的基本原理7</p><p>　　2.1.3 PWM的異步調(diào)制和同步調(diào)制8</p><p>　　2.2 PWM控制的實(shí)現(xiàn)方法8</p><p>　　2.2.1 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM控制8</p><p>　　2.2.2 PWM集成控制器9</p><p>　　2.2.3 典型電流型PWM集成控制器UC38

24、42/3/4/511</p><p>　　2.3 可調(diào)直流電源系統(tǒng)的電路技術(shù)13</p><p>　　2.4 可調(diào)直流電源的基本工作原理14</p><p>　　第三章 小功率可調(diào)直流電源電路介紹與設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.1 可調(diào)直流電源電路介紹16</p><p>　　3.1.1 整流電路介紹

25、16</p><p>　　3.1.2 DC/DC變換電路介紹19</p><p>　　3.2 主電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.2.1 主電路設(shè)計(jì)方案的選取21</p><p>　　3.2.2 主電路工作基本原理及主要參數(shù)設(shè)定22</p><p>　　3.3 控制電路設(shè)計(jì)及工作原理22</p&g

26、t;<p>　　3.3.1 控制電路簡(jiǎn)介23</p><p>　　3.3.2 控制電路的設(shè)計(jì)及基本工作原理24</p><p>　　第四章 系統(tǒng)仿真26</p><p>　　4.1 MATLAB—Simulink介紹26</p><p>　　4.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果27</p><p>　　4.

27、2.1 主電路仿真波形28</p><p>　　4.2.2 控制電路輸出波形34</p><p>　　4.3 仿真結(jié)果分析35</p><p>　　第五章 論文小結(jié)36</p><p>　　5.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)感言36</p><p><b>　　5.2 致謝36</b></p&

28、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p>　　200W小功率直流電源設(shè)計(jì)仿真研究</p><p>　　摘要：由于所有電子產(chǎn)品和家用電器都需要有電源供電，所以電源管理技術(shù)變得至關(guān)重要。在這樣的前提下，設(shè)計(jì)高效率，高頻的小功率直流電源，無論是從經(jīng)濟(jì)角度還是從科學(xué)研究來講都是很有價(jià)值的。</p><p>　　本文

29、介紹了多種整流電路和多種直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作特點(diǎn)，并重點(diǎn)分析了PWM控制技術(shù)。闡述了脈寬調(diào)制技術(shù)中的電壓控制模式和電流控制模式的基本原理，并分析比較了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)了一款基于Simulink的小功率可調(diào)直流電源，并分析了它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理。該電路包括主電路，PWM控制電路以及限電壓、限電流、限功率部分。通過Simulink仿真得到了相應(yīng)的輸出波形，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分

30、析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PWM控制技術(shù)；Simulink仿真；開關(guān)電源；可調(diào)</p><p>　　200W Low Power DC Source Simulation Research</p><p>　　Abstract：Since all the electronic products and electrical home appliances n

31、eed power supply, power management becomes more important. In this situation, to design a high efficiency, high frequency low power DC source is valuable in the view of both economy and research.</p><p>　　In

32、 this thesis, kinds of rectification circuit and DC-DC converter are introduced first. Then the PWM controlling technology is completely analyzed. The techniques with two different methods are classified as: the mode of

33、pulse width modulate, and the difference of control signal．The advantages and disadvantages of each method is analyzed and compared.</p><p>　　A type of low power adjustable DC source based on Simulink is des

34、igned and introduced in this article. This DC power source contains the main circuit, PWM controller, voltage limiter, current limiter, power limiter. And the output waves of DC voltage, DC current, DC power based on Sim

35、ulink simulation is completely analyzed. </p><p>　　Keyword: PWM controlling technology；Simulink simulation；Switching power supply； Adjustable</p><p><b>　　第一章 引言</b></p><

36、p>　　提及直流電源，就不得不提起電力電子技術(shù)。因?yàn)?，現(xiàn)代先進(jìn)直流電源技術(shù)的發(fā)展是以電力電子技術(shù)技術(shù)的發(fā)展為前提的，所以本章先對(duì)電力電子技術(shù)進(jìn)行介紹，再對(duì)直流電源技術(shù)的研究狀況和發(fā)展方向等進(jìn)行介紹。</p><p>　　1.1 電力電子技術(shù)綜述</p><p>　　1.1.1 電力電子技術(shù)的簡(jiǎn)介與發(fā)展史</p><p>　　電力電子技術(shù)是20世紀(jì)后半葉誕生和發(fā)

37、展的一門嶄新的技術(shù)。電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。具體說，就是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。通常習(xí)慣把電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)兩個(gè)分支。如果沒有晶閘管、電力晶體管等電力電子器件，也就沒有電力電子技術(shù)，而電力電子技術(shù)主要用于電力變換。因此可以認(rèn)為，電力電子技術(shù)的制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，而變流技術(shù)則是電力電子技術(shù)的核心。電力電子器件制造技術(shù)的理論是半導(dǎo)體物理，而變流技術(shù)的理論基礎(chǔ)是電路理論

38、。電力電子器件的發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展起著決定性的作用，因此，電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展基礎(chǔ)的。</p><p>　　一般認(rèn)為，電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國(guó)通用電氣公司研制出第一個(gè)晶閘管為標(biāo)志。晶閘管是通過對(duì)門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不能使其關(guān)斷的器件，因而屬于半控型器件。對(duì)晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式。晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實(shí)現(xiàn)。這就使得晶閘管的應(yīng)用受到局限。

39、</p><p>　　70世紀(jì)后期，以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極晶體管（BJT）和電力場(chǎng)效應(yīng)管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件的迅速發(fā)展。全控型器件的特點(diǎn)是，通過對(duì)門極（基極、柵極）的控制既可使其開通又可使其關(guān)斷。此外，這些器件的開關(guān)速度普遍高于晶閘管，可用于開關(guān)頻率較高的電路。這些優(yōu)越性使得電力電子技術(shù)的面貌煥然一新，把電力電子技術(shù)推到一個(gè)新的發(fā)展階段。和晶閘管電路的相位控制方式相對(duì)應(yīng)，

40、采用全控型器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式。PWM控制技術(shù)在電力電子技術(shù)中占有十分重要的位置，它在逆變、斬波、整流、變頻及交流電力控制中均可應(yīng)用。它使電路的控制性能大為改善，使以前難以實(shí)現(xiàn)的功能也得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。</p><p>　　80年代后期，以絕緣柵極晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件異軍突起。IGBT是MOSFET和BJT的復(fù)合。它把MOSFET的驅(qū)動(dòng)

41、功率小、開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大的優(yōu)點(diǎn)集于一身，性能十分優(yōu)越，使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。</p><p>　　隨全控型電力電子器件的不斷發(fā)展，電力電子電路的工作頻率也不斷提高。同時(shí)，電力電子器件的開關(guān)損耗也隨之增大。為了減小開關(guān)損耗，軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，零電壓開關(guān)（ZVS）和零電流開關(guān)（ZCS）就是軟開關(guān)的最基本形式。從理論上講，采用軟開關(guān)技術(shù)可使開關(guān)損耗降為零，可以提高效率。另外

42、，它也使得開關(guān)頻率進(jìn)一步提高，從而提高了電力電子裝置的功率密度。</p><p>　　1.1.2 電力電子技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景</p><p>　　電力電子技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。它不僅應(yīng)用于一般工業(yè)，也廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等，在照明、空調(diào)等家用電器及其他領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用。以下分三個(gè)方面對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行敘述。</p><

43、p>　　1.在交通運(yùn)輸方面，電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機(jī)車中的直流機(jī)車采用整流裝置，交流機(jī)車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛應(yīng)用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)外，車輛中的各種輔助電源也離不開電力電子技術(shù)。電動(dòng)車靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和驅(qū)動(dòng)控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺(tái)高級(jí)汽車中需要很多控制電機(jī)，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動(dòng)并控制。</p>

44、<p>　　2.在家用電器方面，照明在家用電器中占有十分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，通常被稱為“節(jié)能燈”，它正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。變頻空調(diào)是家用電器中應(yīng)用電力電子技術(shù)的典型例子。電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的電源部分也都需要電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于家用電器使得它和我們的生活變得十分貼近。</p><p>　　3.在電子裝置用電源

45、方面，各種電子裝置一般都需要不同電壓等級(jí)的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源。各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于高頻開關(guān)電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已逐步取代了線性電源。電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的直流電源、恒頻交流電源和變頻交流電源，因此可以說，電力電子技術(shù)研究

46、的就是電源技術(shù)。</p><p>　　在21世紀(jì)電力電子技術(shù)仍將以迅猛的速度發(fā)展。以計(jì)算機(jī)為核心的信息科學(xué)將是21世紀(jì)起主導(dǎo)作用的科學(xué)技術(shù)之一，這將是毫無疑議的。有人預(yù)言，電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制一起，將和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成為未來科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。通常把計(jì)算機(jī)的作用比作人的大腦，那么，可以把電力電子技術(shù)比作人的消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)。另外，從人類對(duì)宇宙和大自然的探索，到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，再到我們的衣食住行，到處都能感

47、受到電力電子技術(shù)的存在和巨大魅力。這也激發(fā)了一代有一代學(xué)者和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)、研究電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展?？梢?，電力電子技術(shù)在21世紀(jì)中將會(huì)起著十分重要的作用，將會(huì)有十分光明的前景。</p><p>　　1.2 直流電源技術(shù)的研究狀況及發(fā)展方向</p><p>　　1.2.1 傳統(tǒng)直流電源</p><p>　　1.晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路</p>

48、<p>　　電路框圖如圖1-1所示，該電路中，輸出電壓Uo經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓Ui發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓為一恒定值(穩(wěn)壓值)。因輸出電壓要求從0V起實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計(jì)一輔助電源，用以控制輸出電壓能夠從0V開始調(diào)節(jié)。</p><p

49、>　　圖1-1 串聯(lián)式穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路是很簡(jiǎn)單的，但增加了輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性也難以保證。</p><p>　　2.采用三端集成穩(wěn)壓器電路</p><p>　　該電路框圖如圖1-2所示，它采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設(shè)計(jì)一電壓補(bǔ)償電

50、路可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從0V起連續(xù)可調(diào)，因要求電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，需設(shè)計(jì)一軟啟動(dòng)電路以適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。該電路所用器件較少，成本低且組裝方便，可靠性高。</p><p>　　圖1-2 集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電源電路圖</p><p><b>　　3.線性穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　電源是各種電子設(shè)備必不可缺的組成部分。線性穩(wěn)壓電源具有

51、性能可靠，構(gòu)造簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快，紋波干擾小等特點(diǎn)，在電路中得以廣泛的應(yīng)用。目前，雖然各種開關(guān)電源得到了很大的發(fā)展．但在性能要求較高的模擬電路，如音響電路、高精度測(cè)量等電路中，仍然無法替代線性穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源主要由工頻變壓器、整流電路、線性穩(wěn)壓電路等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。</p><p>　　圖1-3 線性穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　線性穩(wěn)壓電源的主要缺陷，除了工頻變壓

52、器的體積較大外，就是變換效率較低，通常只能達(dá)到35％～60％。而變換效率低的主要原因在于線性穩(wěn)壓電路的效率較低。這一方面造成能源的浪費(fèi)，同時(shí)也使線性穩(wěn)壓電路中的電壓調(diào)整管上承受較大的功耗，需要使用大面積的散熱片對(duì)其散熱，這就進(jìn)一步加大了線性穩(wěn)壓電源的體積。因此，如何提高線性穩(wěn)壓電路的效率，對(duì)于提高線性穩(wěn)壓電源的性能具有重要的意義。</p><p>　　1.2.2 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源</p><

53、p>　　1.開關(guān)電源的基本構(gòu)成</p><p>　　開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖1-4所示，其中DC/DC變換器可以進(jìn)行功率變換，是開關(guān)電源的核心部分，此外還有啟動(dòng)、過流與過壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路檢測(cè)輸出電壓變化，并與給定電壓比較，誤差電壓經(jīng)過放大及脈寬調(diào)制（PWM）電路，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制功率器件的占空比，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓大小的目的。</p><p>　　圖1-4 開

54、關(guān)電源基本構(gòu)成</p><p>　　DC/DC 變換器有多種電路形式，常用的有工作波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器。對(duì)于串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源，輸出對(duì)輸入的瞬態(tài)響應(yīng)特性主要由調(diào)整管的頻率特性決定。但對(duì)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源，輸入的瞬態(tài)變化比較多的表現(xiàn)在輸出端。提高開關(guān)頻率的同時(shí)，由于反饋放大器的頻率特性得到改善，開關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)問題也能得到改善。負(fù)載變化瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器特性決定，所

55、以可以利用提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC乘積的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)。</p><p>　　2.開關(guān)型直流電源的發(fā)展概況及發(fā)展方向</p><p>　　21世紀(jì)我國(guó)通信、信息、家電和國(guó)防等領(lǐng)域的電源普遍采用高頻開關(guān)電源，相控電源將逐漸被淘汰。國(guó)內(nèi)開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，基本上起源于20世紀(jì)70年代末和80年代初。當(dāng)時(shí)引進(jìn)的開關(guān)電源技術(shù)在高等院校和一些科研院所停留在實(shí)驗(yàn)開發(fā)和教學(xué)階段。20世紀(jì)80

56、年代中期開關(guān)電源產(chǎn)品開始推廣和應(yīng)用。20世紀(jì)80年代的開關(guān)電源的特點(diǎn)是采用20kHz,脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，效率可達(dá)65%—70%。</p><p>　　經(jīng)過20多年的發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù) 有了重大的進(jìn)步和突破。新型功率器件的開發(fā)促進(jìn)了開關(guān)電源的高頻化，功率MOSFET和IGBT可使中小型的開關(guān)電源頻率達(dá)到400kHz(AC/DC),或1MHz(DC/DC)；軟開關(guān)技術(shù)使高頻開關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)有了可能，它不僅可以減少

57、電源的體積和重量，而且提高了電源效率，國(guó)產(chǎn)6KW通信開關(guān)電源，采用軟開關(guān)技術(shù)，效率可達(dá)93%；控制技術(shù)的發(fā)展以及專用芯片的生產(chǎn)，不僅使電源電路大幅簡(jiǎn)化，而且使開關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性能和可靠性大大提高；有源功率因素校正技術(shù)的開發(fā)，提高了AC/DC開關(guān)電源的功率因素既治理了電網(wǎng)的諧波污染，又提供可直流電源的整體效率。</p><p>　　從上世紀(jì)90年代末起，隨著對(duì)系統(tǒng)更高效率和最低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通信設(shè)備的技術(shù)更新

58、推動(dòng)電源行業(yè)中DC/DC電源轉(zhuǎn)換器向更靈活和智能化方向發(fā)展。在80年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向20世紀(jì)末更先進(jìn)的第四代分布式供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及中間母線結(jié)構(gòu)，DC/DC電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何加入嵌入式智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。</p><p>　　90年代中，半導(dǎo)體生產(chǎn)商們就開發(fā)了數(shù)控電源管理技術(shù)，而當(dāng)時(shí)，這種方案的性價(jià)比與當(dāng)時(shí)廣泛使用的模擬控制方案相比處于劣勢(shì)，因而無法被廣泛應(yīng)用。由于板載電源管理的更廣泛的

59、應(yīng)用和行業(yè)能源節(jié)約和運(yùn)行最優(yōu)化的關(guān)注，電源行業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)商們開始共同開發(fā)數(shù)控電源?，F(xiàn)今隨著直流電源技術(shù)的飛速發(fā)展整流系統(tǒng)已由以前的分立單元和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控制，從而使直流電源智能化，具有遙測(cè)、遙信、遙控三遙功能，基本實(shí)現(xiàn)直流電源無人值守。</p><p>　　總之，高效率、小型化、集成化、智能化以及高可靠性是大勢(shì)所趨，也是今后的主要發(fā)展方向。</p><p>　　1.3 選題的目

60、的和現(xiàn)實(shí)意義</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對(duì)電源的要求也越來越高。電子設(shè)備的小型化和低成本化，使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源是連續(xù)控制的線性電源。這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源技術(shù)比較成熟，并且已有大量的集成化線性穩(wěn)壓模塊，具有穩(wěn)定性好

61、、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)。但通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管功耗較大，電源效率低，一般只有45%左右。另外，由于調(diào)整管上消耗功率較大，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的要求。20世紀(jì)50年代，美國(guó)宇航局以小型化、重量輕為目標(biāo)，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)電源。在近半個(gè)多

62、世紀(jì)的發(fā)展過程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代傳統(tǒng)的連續(xù)工作電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機(jī)與設(shè)備中。</p><p>　　20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代。20世紀(jì)90年代，開關(guān)電源在電子、電氣設(shè)備、家電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，開關(guān)電源進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。</p><p>　　開關(guān)型穩(wěn)壓直流電源直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、

63、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器。此外，開關(guān)工作頻率為幾千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小，因此這種開關(guān)型的直流電源具有重量輕、體積小的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于功耗小，機(jī)內(nèi)溫低，提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。而且其對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍為200V-240V，而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓為110-260V范圍內(nèi)變化時(shí)，都可以獲得穩(wěn)定的輸出電壓。開關(guān)型電源能推動(dòng)高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化，另外開

64、關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)方面都具有深遠(yuǎn)的意義。</p><p>　　1.4選題的研究方法及創(chuàng)新之處</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的研究方法是MATLAB-Simulink仿真，通過仿真來研究可調(diào)直流電源的輸出性能。本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處在于設(shè)計(jì)的可調(diào)直流電源是開關(guān)型電源，具有高效，輸出連續(xù)可調(diào)等特點(diǎn)。另外，仿真設(shè)計(jì)中還加入了限電壓、限電流、限功率等保護(hù)模塊，從而使直流電源系統(tǒng)可以

65、在200W功率范圍內(nèi)安全穩(wěn)定地工作。</p><p>　　第二章 小功率可調(diào)直流電源的相關(guān)原理</p><p>　　2.1 PWM控制原理介紹</p><p>　　2.1.1 PWM控制技術(shù)</p><p>　　PWM（Pulse Width Modulation）控制技術(shù)就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來

66、等效獲得所需要波形（含形狀和幅值）。直流斬波電路實(shí)際上采用的就是PWM技術(shù)，這種電路把直流電壓“斬”成一系列脈沖，改變脈沖的占空比來獲得所需的輸出電壓。改變脈沖的占空比就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，只是因?yàn)檩斎腚妷汉退枰妮敵鲭妷憾际侵绷麟妷?，因此脈沖既是等幅的，也是等寬的，僅僅是對(duì)占空比進(jìn)行控制，這是PWM控制中最為簡(jiǎn)單的一種情況。</p><p>　　PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最

67、為深刻?，F(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路?？梢哉fPWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才發(fā)展得比較成熟，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。近年來，PWM技術(shù)在整流電路中也開始應(yīng)用，并顯示出優(yōu)越性。</p><p>　　2.1.2 PWM控制的基本原理</p><p>　　沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效

68、果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。</p><p>　　圖2-1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖</p><p>　　分別將如圖2-1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（R-L電路）上，如圖2-2所示。其輸出電流對(duì)不同窄脈沖時(shí)的輸出響應(yīng)波形如圖2-2所示。從圖2-2的輸出波形可以看出，在的上升段，的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越

69、窄，各響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)也是周期性的。用傅里葉級(jí)數(shù)分解后將可看出，各在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。</p><p>　　圖2-2 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形</p><p>　　2.1.3 PWM的異步調(diào)制和同步調(diào)制</p><p>　　在PWM控制電路中，載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比N=fc/fr稱為載

70、波比。根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式可以分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。</p><p><b>　　1.異步調(diào)制</b></p><p>　　載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式成為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率fc固定不變，因而當(dāng)信號(hào)波頻率fr變化時(shí)，載波比N是變化的。同時(shí)，在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也

71、不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱。</p><p>　　當(dāng)信號(hào)波頻率降低是，載波比N較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周期內(nèi)前后1/4周期脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。當(dāng)信號(hào)波頻率增高時(shí)，載波比N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響就變大，有時(shí)信號(hào)波的微小變化還會(huì)產(chǎn)生PWM 脈沖的跳動(dòng)。這就使得輸出的PWM波和正弦波的差異

72、變大。對(duì)于三相PWM型逆變電路來說，三項(xiàng)輸出的對(duì)稱性也變差。因此，在采用異步調(diào)制方式時(shí)，希望采用較高的載波頻率，以使在信號(hào)波頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比。</p><p><b>　　2.同步調(diào)制</b></p><p>　　載波比N為常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。在基本同步調(diào)制方式中，信號(hào)波頻率變化時(shí)載波比N不變，信號(hào)波一個(gè)周期內(nèi)輸出的

73、脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。在三相PWM逆變電路中，通常公用一個(gè)三角波載波，且取載波比N為3的整數(shù)倍，使三相輸出波形嚴(yán)格對(duì)稱。同時(shí)，為了使一相的PWM波正負(fù)半周期鏡對(duì)稱，N應(yīng)取為奇數(shù)。</p><p>　　2.2 PWM控制的實(shí)現(xiàn)方法</p><p>　　2.2.1 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM控制</p><p>　　PWM控制可通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM

74、控制時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)AT89S5l單片機(jī)為核心控制器，具有電壓可預(yù)置、可步進(jìn)調(diào)整、輸出的電壓信號(hào)和預(yù)置的電壓信號(hào)可同時(shí)顯示的數(shù)控直流電源，其硬件原理方框圖如圖2-3所示。系統(tǒng)由AT89c5l控制電路、鍵盤電路、主電路、D／A電路、功放電路、短路保護(hù)、電壓采樣電路、LED顯示電路幾部分組成。系統(tǒng)通過“開關(guān)”、“加”、“減”三個(gè)按鍵來控制預(yù)置電壓的升降，并通過數(shù)碼管顯示。AT89S51單片機(jī)送出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，在D／A轉(zhuǎn)換之后輸出小電流，該電

75、流信號(hào)經(jīng)電流放大后生成能夠驅(qū)動(dòng)主電路的PWM控制信號(hào)來控制主電路的直流輸出，同時(shí)由LED數(shù)碼管顯示輸出電壓值，輸出值經(jīng)采樣電路后反饋給單片機(jī)系統(tǒng)，通過反饋實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。</p><p>　　圖2-3 單片機(jī)PWM控制系統(tǒng)</p><p>　　圖2-3所示為單片機(jī)PWM控制系統(tǒng)，除單片機(jī)外，外部還需要D/A轉(zhuǎn)換器，電流放大電路，外圍電路相對(duì)較為復(fù)雜。該以單片機(jī)為核心的PWM控制電路雖然功能

76、比較完善，但是對(duì)設(shè)計(jì)者的要求很高。要求熟練AT89C51 單片機(jī)，并且還要能熟練的編寫程序。單片機(jī)程序的編寫與調(diào)試是有很大難度的，所以對(duì)于一般的設(shè)計(jì)者，或者輸出要求不是特別精確的直流可調(diào)電源，一般不采用單片機(jī)控制方式，而選用PWM集成控制專用芯片。</p><p>　　2.2.2 PWM集成控制器</p><p>　　PWM控制技術(shù)主要分為兩種，一種是電壓模式PWM控制技術(shù)，另一種是電流模

77、式PWM控制技術(shù)。</p><p>　　1.電壓模式PWM控制器</p><p>　　最初在開關(guān)電源采用的電壓模式PWM控制技術(shù)，其工作原理如圖2-4所示。輸出電壓Uo與基準(zhǔn)電壓相比較后得到誤差信號(hào)Uerror。該誤差信號(hào)與鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較，有PWM比較器輸出占空比變化的矩形波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這就是電壓模式控制技術(shù)的工作原理。由于該系統(tǒng)是單環(huán)控制系統(tǒng)，其最大的缺點(diǎn)是沒有電流反

78、饋</p><p>　　信號(hào)。由于開關(guān)電源的電流都要流經(jīng)電感，因此相應(yīng)的電壓信號(hào)會(huì)有一定的延時(shí)。然而對(duì)于穩(wěn)壓電源來說，需要不斷地調(diào)節(jié)輸入電流，以適應(yīng)輸入電壓的變化和負(fù)載的需求，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。因此僅采用采樣輸出電壓的方法，其穩(wěn)壓響應(yīng)速度慢，甚至在大信號(hào)變化時(shí)，會(huì)因產(chǎn)生振蕩而造成功率管損壞等故障發(fā)生。這是電壓模式PWM控制技術(shù)最大的不足。具有代表性的電壓模式PWM控制器主要有TL494、SG3524等。

79、</p><p>　　圖2-4 電壓模式PWM控制原理圖</p><p>　　2.電流模式PWM控制器</p><p>　　電流模式PWM控制技術(shù)是針對(duì)電壓模式PWM控制技術(shù)的缺點(diǎn)發(fā)展起來的。所謂電流模式PWM控制，就是在PWM比較器的輸入端直接用輸出電感檢測(cè)信號(hào)與誤差放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖占空比的控制，使輸出電感的峰值電流跟隨誤差電壓變化。這種

80、控制方式可以有效地改善開關(guān)管電源的電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率，也可以改善整個(gè)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。</p><p>　　電流型PWM控制技術(shù)有分為峰值電流控制技術(shù)和平均電流型控制技術(shù)。這兩種控制技術(shù)檢測(cè)并反饋的是一個(gè)導(dǎo)通周期內(nèi)電流變化的峰值和平均值。峰值電流型控制技術(shù)方便、快速，但是需要穩(wěn)定性補(bǔ)償；平均電流型控制技術(shù)穩(wěn)定可靠，但響應(yīng)速度較慢，而且控制起來比較復(fù)雜。因此，實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，峰值電流控制模式比平均電流控制模式應(yīng)用更

81、為普遍。</p><p>　　電流模式PWM控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)采用逐個(gè)脈沖控制，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好。當(dāng)輸入線電壓或輸出負(fù)載變化時(shí)，馬上引起電感中電流的變化，檢測(cè)信號(hào)也隨之變化，脈沖寬度立刻被調(diào)整。而在電壓模式控制技術(shù)中，檢測(cè)電路對(duì)輸入電壓的變化沒有直接的反映，需要輸出的電壓發(fā)生了一定的變化之后，才能對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常需要5~10個(gè)工頻之后才能響應(yīng)輸入電壓

82、的變化。因此，在采用電壓模式PWM控制技術(shù)的開關(guān)電源中，開關(guān)管經(jīng)常會(huì)因?yàn)檩斎腚妷豪擞吭斐傻碾妷杭夥逍盘?hào)而損壞。電流模式PWM控制技術(shù)則能夠很好地避免類似的故障發(fā)生。</p><p>　　(2)一階系統(tǒng)，穩(wěn)定性好，負(fù)載響應(yīng)速度快。</p><p>　　(3)具有自動(dòng)限流作用，限流保護(hù)和過流保護(hù)易于實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(4)采用逐個(gè)電流脈沖值檢測(cè)，可以有效抑制變

83、壓器偏磁引起的飽和的問題。在全橋變換器或推挽變換器中，無需增加祛磁耦合電容。而電壓模式PWM控制技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。</p><p>　　(5)輸入線電壓的交流紋波可以比較大，減小了輸入濾波電容，可靠性得到提高。</p><p>　　(6)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，均流效果好。</p><p><b>　　(7)功率因數(shù)高。</b></p>&

84、lt;p>　　電流模式PWM控制技術(shù)的缺點(diǎn)：</p><p>　　(1)電感峰值電流與輸出平均電流之間存在誤差，控制精度不高。</p><p>　　(2)對(duì)高頻噪聲衰減的速度較慢，抗干擾能力差。</p><p>　　(3)不適用于半橋變換器。</p><p>　　由于電流模式PWM控制技術(shù)與電壓模式PWM控制技術(shù)相比，具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)

85、，因此電流模式PWM控制器成為PWM控制器的主流，全球各大集成電路生產(chǎn)商競(jìng)相研制并推出電流模式PWM控制器。比較有代表性的電流模式PWM控制器有UC3842、UC3846等。另外，UC3823和UC3825系列PWM控制器以及MC44603既可以工作在電壓模式，也可以工作在電流模式下。</p><p>　　2.2.3 典型電流型PWM集成控制器UC3842/3/4/5</p><p>　　

86、隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的PWM直流變換器集成控制器不斷出現(xiàn)，因此開關(guān)穩(wěn)壓電源所用的元器件數(shù)量大幅地減少。這不但提高了開關(guān)電源的可靠性，而且還簡(jiǎn)化了開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)計(jì)算，使開關(guān)穩(wěn)壓電源更便于生產(chǎn)和維護(hù)。UC3842/3/4/5是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。這些集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能進(jìn)行精確的占空比控制、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高?/p>

87、益誤差放大器。電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件。</p><p>　　1.UC3842/3/4/5的基本組成</p><p>　　UC3842/3/4/5系列電流型PWM集成控制器內(nèi)部包括帶滯后的欠電壓封鎖電路、振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、PWM鎖存器和推拉輸出電路等，如圖2-5所示。由于采用雙閉環(huán)控制，所以開關(guān)電源的負(fù)載調(diào)整率較高。在正常工作中

88、，只要與高頻開關(guān)晶體管串聯(lián)的電流取樣電阻兩端的尖峰電壓達(dá)到1V，器件內(nèi)部的推拉輸出級(jí)就終止輸出，高頻開關(guān)晶體管立即關(guān)斷，因此可自然形成逐脈沖限流。該系列IC芯片所需的外部元器件較少，因此可降低開關(guān)電源的價(jià)格。推拉輸出級(jí)可以直接驅(qū)動(dòng)N溝道MOSFET和雙極型晶體管，該系列IC芯片的最高工作頻率可達(dá)到500kHz,啟動(dòng)電流小于1mA。其保護(hù)特性包括輸入和參考欠壓鎖定，各有滯后、逐周電流限制、可編程輸出靜區(qū)時(shí)間和單個(gè)脈沖測(cè)量鎖存。</p

89、><p>　　2.UC3842/3/4/5的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　(1)當(dāng)流過開關(guān)管的電流達(dá)到給定值時(shí)，開關(guān)管自動(dòng)關(guān)斷，因此可以實(shí)現(xiàn)逐周限流。</p><p>　　(2)自動(dòng)消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，在開關(guān)電源的輸出端，300Hz以下的紋波電壓很低，因此可以減小輸出濾波電容的容量。</p><p>　　(3)多臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)工作時(shí)，

90、PWM開關(guān)控制器具有內(nèi)在均流能力，同時(shí)具有更快的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)。</p><p>　　圖2-5 UC3842/3/4/5內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　3.引腳排列及功能</b></p><p>　　圖2-6 UC3842/3/4/5兩種不同封裝形式的引腳排列</p><p>　　該系列IC芯片采用DIL-8

91、、SOIC-8、SOIC-14及PLCC-20等多種封裝形式。這些封裝形式的芯片的引腳排列如圖2-6所示。SO-14封裝的圖騰柱式輸出級(jí)有單獨(dú)的電源和接地管腳。</p><p>　　圖2-7 UC3842/3/4/5各引腳功能表</p><p>　　該系列IC芯片中各種型號(hào)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都完全相同，只是欠電壓封鎖門限和最大占空比不同，UC3842和UC3844的欠電壓封鎖門限為16

92、V(導(dǎo)通門限)和10V(關(guān)斷門限)。UC3843和UC3845的欠電壓封鎖門限為8.5V(導(dǎo)通門限)和7.9V(關(guān)斷門限)。UC3842和UC3843輸出脈沖最大占空比接近100%，適用于單端直流變換器。UC3844和UC3845輸出脈沖的最大占空比低于50%，適用于推挽式和橋式直流變換器。</p><p>　　2.3 可調(diào)直流電源系統(tǒng)的電路技術(shù)</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高頻開關(guān)

93、電源主要應(yīng)用固定頻率的PWM調(diào)壓方式的變換電路，這種電路已是一種非常成熟的技術(shù)，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性高、生產(chǎn)制造方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)外開關(guān)電源的普遍采用的電路。個(gè)別產(chǎn)品采用了調(diào)頻諧振電路，但尚未成為主流。</p><p>　　為提高變換頻率、降低開關(guān)損耗，零電流(ZCS)和零電壓(ZVS)開關(guān)技術(shù)已經(jīng)被廣泛采用，在具體產(chǎn)品中有的是分別采用，有的是混合采用，比如全橋電路有的是四只MOSFET均為ZVS，有

94、的采用兩只ZVS、兩只ZCS。</p><p>　　應(yīng)用IGBT、MOSFET并聯(lián)技術(shù)，達(dá)到減小損耗、提高效率的目的。MOSFET功率場(chǎng)效應(yīng)管是電壓驅(qū)動(dòng)的電子器件，其驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，所耗驅(qū)動(dòng)功率小，本身不存在存儲(chǔ)效應(yīng)，因此導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，上升和下降速度快，開關(guān)損耗小，所以適用于在很高的開關(guān)頻率下工作。但是在高電壓大電流的情況下，通態(tài)損耗大。IGBT絕緣柵雙極晶體管是一種功率場(chǎng)效應(yīng)管和三極管的復(fù)合器件，因而具有場(chǎng)效應(yīng)管

95、一樣的特性，采用電壓驅(qū)動(dòng)，開關(guān)速度快；同時(shí)又具有三極管的特點(diǎn)，通態(tài)損耗小，但有存儲(chǔ)效應(yīng)，其關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)、損耗大。</p><p>　　根據(jù)以上兩種器件的特性，采用并聯(lián)技術(shù)，可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，互補(bǔ)其缺點(diǎn)，既有IGBT通態(tài)損耗小的特點(diǎn)，又有MOSFET開關(guān)損耗小的特點(diǎn)。這種并聯(lián)開關(guān)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品中均有應(yīng)用。</p><p>　　功率因數(shù)校正技術(shù)。高頻開關(guān)整流器是一種非線性負(fù)載，是一個(gè)諧波源

96、，其功率因素由位移因素(即通常說的電壓與基波電流相位的余弦)和畸變因素(即基波和諧波總有效電流之比)的乘積是所決定。校正的目的不僅是為減小無功功率，提高電能的利用率，而是為減少對(duì)電網(wǎng)的污染，達(dá)到諧波電流限值的要求所必須采用的措施。目前，國(guó)內(nèi)外的高頻開關(guān)電源，除了功率很小外，單相輸入的(包括由三個(gè)單機(jī)組成三相帶中線)均采用有源校正技術(shù)。校正結(jié)果，電流、電壓相位基本相同，波形相似，接近正弦，總諧波失真率很低，滿載時(shí)不超過5% 。諧波含量以奇

97、次為主，一般情況下三次諧波最大。如果是有單相組成的三相輸入帶中線的開關(guān)電源，因三相諧波電流是相加的，在中性線上就有較大的三次諧波電流，因此，這種整流器要求中線的截面與相線一樣。有源校正功率因素可達(dá)到0.995以上。對(duì)真三相輸入(無中線)的開關(guān)電源，一般采用無源校正。無源電路簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)可靠，功率因數(shù)最高可達(dá)到0.94。</p><p>　　2.4 可調(diào)直流電源的基本工作原理</p><p>

98、　　可調(diào)直流電源系統(tǒng)的構(gòu)成，如圖2-8所示</p><p>　　1.可調(diào)直流電源的主電路</p><p>　　可調(diào)直流電源的主電路是指從交流電網(wǎng)輸入大直流輸出的主回路通道，包括以下幾個(gè)部分</p><p>　　(1)輸入濾波器。用于濾除公共電網(wǎng)中的雜波，同時(shí)也濾除系統(tǒng)內(nèi)部所產(chǎn)生的干擾回饋到電網(wǎng)中，對(duì)公共電網(wǎng)造成污染。</p><p>　　(2

99、)整流器。用于將電網(wǎng)輸入的交流電整理成平滑的直流電，供下一級(jí)使用。</p><p>　　(3)直流變換器。直流變換器是可調(diào)直流電源的核心部分，通過控制電路控制開關(guān)管的通斷來實(shí)現(xiàn)直流調(diào)壓，從而得到所需的輸出電壓值。</p><p>　　(4)輸出整流濾波。用于去除雜音、濾掉紋波，根據(jù)負(fù)載要求，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。</p><p>　　圖2-8 可調(diào)直流電源系統(tǒng)組

100、成</p><p>　　2.可調(diào)直流電源的控制、保護(hù)電路</p><p>　　可調(diào)直流電源的控制電路將輸出端的反饋參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差值去控制直流變換器中功率開關(guān)管的通斷，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出的目的。保護(hù)電路則根據(jù)檢測(cè)電路所提供的有關(guān)數(shù)據(jù)，按照內(nèi)置規(guī)律進(jìn)行鑒別，再將鑒別結(jié)果送往控制電路，供控制電路對(duì)系統(tǒng)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)之需要。</p><p>　　3.可

101、調(diào)直流電源的輔助電源</p><p>　　輔助電源為除主電路外的其他電路單元提供工作電源。</p><p>　　第三章 小功率可調(diào)直流電源電路介紹與設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 可調(diào)直流電源電路介紹</p><p>　　3.1.1 整流電路介紹</p><p>　　整流電路是出現(xiàn)最早的電力電子電路，其作用是將交

102、流電變?yōu)橹绷麟?。?yīng)用十分廣泛，電路形式多種多樣，各具特色。</p><p><b>　　整流電路的分類：</b></p><p>　　按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。</p><p>　　按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路。</p><p>　　按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。</p>&l

103、t;p>　　按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。</p><p>　　引入兩個(gè)重要的基本概念：</p><p>　　觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用α表示,也稱觸發(fā)角或控制角。</p><p>　　導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度，用θ表示 。</p><p&g

104、t;　　本節(jié)中將重點(diǎn)介紹以下幾種整流電路。</p><p>　　1.單相半波可控整流電路</p><p>　　變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負(fù)載的特點(diǎn)是電壓與電流成正比，兩者波形相同。單相半波可控整流電路的電路圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 單相半波可控整流電路</p><p>　　直流輸出電壓平均值為：<

105、/p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　單相半波可控整流電路的特點(diǎn)是VT的α 移相范圍為180，通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小。簡(jiǎn)單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。</p><p>　　2.單相橋式全控整流電路</p><p&g

106、t;　　單相橋式全控整流電路的電路圖如圖3-2所示。</p><p>　　單相橋式全控整流電路采用的是由晶閘管組成的可控整流橋，輸出負(fù)載為電阻負(fù)載，輸出電流與輸出電壓成正比。</p><p>　　圖3-2 單相橋式全控整流電路</p><p>　　VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在u1正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。VT2和VT3組成另一對(duì)

107、橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。</p><p>　　直流輸出電壓平均值為：</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　3.三相半波可控整流電路</p><p>　　三相半波可控整流電路的電路圖如圖3-3所示。</p><p>　　

108、圖3-3 三相半波可控整流電路</p><p>　　變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起——共陰極接法 。二極管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角α的起點(diǎn)，即α=0。</p><p>　　整流電壓平均值的計(jì)算</p><p>