开关稳压电源研究报告.docVIP

开关稳压电源 摘 要 本设计综合考虑题目基本部分和发挥部分的指标要求，系统采用boost升压电路作为DC-DC变换器主电路；PWM控制器采用低压型专用集成芯片; 主开关管采用IRF540；由内置12位A/D、D/A的高性能、低功耗组成系统测控与显示单元，采用液晶显示器作为系统的状态和运行数据显示屏。通过实际测试，作品的性能指标中，纹波完全达到了要求；电压调整率，整体效率，负载过流故障排除后自恢复功能，输出电压键控1V步进，电流、电压实时测量及数显功能几项指标达到了发挥部分要求；调整率也接近发挥部分指标要求。另外，系统还增加了实时输出功率数显示和负载过流等实用功能。 引言 为了满足题发挥部分规定的电调整率、调整率以及效率指标我们在设计中主要是尽量减少电路的损耗。通过和脉宽调电路来稳定输出电压，并通过的控制对整个电路过流保护，排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态。同时能对输出电压键盘设定和步进调整步进为1V具有测量和数字显示输出电压、电流的功能。增加了功率在过流的时候功能。二、方案论证与比较 1．DC-DC主回路拓扑方案论证 方案一：采用变压器升压的隔离型PWM直流直流变换器电路，此电路效率较低，开关辐射大，电路较复杂。 方案二：采用非隔离型BOOST升压电路，控制电路用专用集成芯片，这种电路使用外部原件最少、成本低、效率高。因此，采用此种方案。 2. 控制方法及实现方案 方案一：采用电压型脉宽调技术，产生频率固定，脉冲宽度可调整的方波脉冲，采用电压反馈环控制系统，它的反馈信息取自输出电压，用反馈电压调整控制器的输出脉冲宽度，改变脉冲占空比，实现开关电源的稳定。 方案二：采用电流型脉宽调制芯片，此技术传统的仅有输出电压反馈的PWM系统增加了一个电感电流反馈。此反馈就做为PWM的斜坡函数，就不再需要锯齿波发生器，更重要的是使用电感电流反馈使系统的可靠性有了明显的改善使系统具有快速的瞬态响应及高速的稳定性。 输出电压精度很高。 具有内在的对功率开关电流的控制及限流能力。 具有良好的并联运行能力。 可以看出方案二的控制性能明显优于方案一，所以采用方案二。 3. 提高效率的方法及实现方案 的功耗对电源的效率有很大的影响。所以选用一款功耗低的作为控制与显示单元电路。采用效率高、开关速度快、损耗小的MOS场效应管作为主开关管。选用低损耗的特基二极管作为输出端的整流二极管。 根据以上可以提高效率的方法综合出包括以下三个方面的方案： 使用系列内置12位A/DD/A转换器的新型低功耗，由于A/DD/A转换器内置，并具有可编程的前置放大器，外围电路结构简单，性能可靠。显示器采用液晶屏。这样可以减小控制单元电路的损耗，使系统的整体效率提高。 使用高效率的MOSFET管IRF540代替传统的双极型晶体管，因为它的开关速度高、导通和关断时间短，开关损耗小，并且是电压控制型元件，驱动功率小，可以用专用集成电路直接驱动，不存在二次击穿，热稳定性好等，因而可靠性高。 采用低功耗、超高速、反向恢复时间短的特基二极管MBR1545，可有效降低开关损耗并提高开关频率。三、电路设计与参数计算 系统框架 本系统由以下几大部分组成：隔离变压器、整流滤波电路、过流保护电路、DC-DC变换电路、控制电路、键盘输入电路、显示电路等。 图2.主回路器件的选择与参数计算 整流桥的选择：隔离变压器输出的交流电压为18V，的电流最大可达5～6A，为了得到较好的直流量，用全桥整流，整流桥的耐压应为50以上，正向电流大于等于8A。 滤波电容选择：输出的最大电流为2A，最大电压为36V，所以输出最大功率约为72W，按照电路效率为80％计算。可得整个电路输入的功率约为90W。电路自身功率达18W，根据P=U2/R,可求得整流滤波电路的等效负载电阻R≈6欧姆，滤波电路的基波周期10mS，滤波时间常数τ＝C×R＝30mS～50mS，所以滤波电容C4700μF/50V和1000μF/50V并联（考虑到有输入电流测试端口的存在）。 开关管的选择：功率MOSFET具有导通电阻低、负载电流大的优点。栅极驱动器的负载能力必须足够大，以保证在系统要求的时间内完成对栅极等效电容（CEI）的充电。流经MOS的电流理论值ID=TOFF?IO/T=IO ?VO / Vi≈5A。所以MOSFET应选平均电流大于10A、电压大于V的管子，实际选用IRF540，IF=28A、VR=100V、PD=150W、RDS(ON)=0.077Ω。 升压二极管的选择：二极管要采用正向电压降低，反向恢复时间短的二极管，所以选用反向恢复时间为60us以下、反向耐压为45V以上的肖特基二极管。它是一种低功耗、超高速半导体器件，可大幅降低开关损耗并提