【074】4CDCD開關電源設計(開題報告+論文+文獻綜述)

【074】4CDCD開關電源設計(開題報告+論文+文獻綜述),074,cdcd,開關電源,設計,開題,報告,講演,呈文,論文,文獻,綜述 1研究背景 電子設備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發(fā)展。 開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關電源的基本構成如圖1-1所示，DC-DC變換器是進行功率變換的器件，是開關電源的核心部件，此外還有啟動電路、過流與過壓保護電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準電壓比較，其誤差通過誤差放大器進行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制半導體開關的通斷時間，從而調(diào)整輸出電壓。其結(jié)構圖如圖1-1所示。 DC/DC變換器 V1 V0 取樣 比較 放大 參考 電壓 PWM 驅(qū)動器 當前,開關電源新技術產(chǎn)品正在向以下“四化”的方向發(fā)展:應用技術的高頻化;硬件結(jié)構的模塊化;軟件控制的數(shù)字化;產(chǎn)品性能的綠色化。由此,新一代開關電源產(chǎn)品的技術含量大大提高,使之更加可靠、成熟、經(jīng)濟、實用。 開關電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產(chǎn)品的小型化、輕便化。 近年,有些公司把開關器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),這樣縮小了整機的體積,方便了整機設計和制造。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件間不再有傳統(tǒng)的引線相連,這樣的模塊經(jīng)過嚴格、合理的、熱、電、機械方面的設計,達到優(yōu)化完善的境地。 開關電源是一種采用開關方式控制的直流穩(wěn)定電源,它以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備,是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。而當我們把開關電源的研究擴大到可調(diào)高電壓、大電流時,以及將研究新技術應用于DC/AC變換器,即開拓了大功率應用領域,又使開關電源的應用范圍擴大到了從發(fā)電廠設備至家用電器的所有應用電力、電子技術的電氣工程領域。作為節(jié)能、節(jié)材、自動化、智能化、機電一體化的基礎的開關電源,它的產(chǎn)品展現(xiàn)了廣闊的市場前景。例如,發(fā)電廠的貯能發(fā)電設備、直流輸電系統(tǒng)、動態(tài)無功補償、機車牽引、交直流電機傳動、不停電電源、汽車電子化、開關電源、中高頻感應加熱設備以及電視、通訊、辦公自動化設備等。 2、存在的問題 當我們對該技術進行深入研究后卻發(fā)現(xiàn)它仍然存在著一些問題需要解決，而且有的問題還帶有全局性：采用定頻調(diào)寬的控制方式來設計電源，都以輸出功率最大時所需的續(xù)流時間為依據(jù)來預留開關截止時間的，則負載所需的功率小于電源的最大輸出功率時就必然造成了工作電流的不連續(xù)；“反峰電壓”是開關導通期間存入高頻變壓器的勵磁能量在開關關斷時的一種表現(xiàn)，而勵磁能量只能在、也必須在開關關斷后的截止期間處理掉，既能高效處理勵磁能量又能有效限制反峰電壓的辦法是存在的，那就是要及時地為勵磁能量提供一個“低阻抗通道”，并且為勵磁能量的通過提供一段時間，但 “單調(diào)”控制方法不具備這一條件；高頻變壓器的磁通復位問題；傳統(tǒng)的電流取樣方法是在功率回路中串聯(lián)電阻，效率不高，這個問題向來是電源技術，尤其是以小體積、高功率密度見長的開關電源技術發(fā)展的“瓶頸”；高頻開關電源的并聯(lián)同步輸出問題。 以上的問題看似彼此獨立，其實它們之間存在著一定的關聯(lián)性解決這些問題，也許還是一條艱難而漫長的路。 3、本設計主要要解決的問題和方法 （1）相關電路的選擇：整流電路的選擇、單相半波整流電路、單相橋式整流電路、防止電流沖擊的設計。 （2）參數(shù)計算以及元器件的選型、控制方式的選擇、功率轉(zhuǎn)換電路的選擇、單端正激變換器的設計、變壓器設計、電感的參數(shù)計算、二極管和電容器的選擇、開關管的選擇、控制電路的設計。等電路的選擇。 （3）控制模式的選擇 PWM開關穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源基本工作原理就是在輸入電壓變化、內(nèi)部參數(shù)變化、外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關器件的導通脈沖寬度，使得開關電源的輸出電壓或電流等被控制信號穩(wěn)定。PWM的開關頻率一般為恒定，控制取樣信號有：輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓、開關器件峰值電流。由這些信號可以構成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流及恒定功率的目的，同時可以實現(xiàn)一些附帶的過流保護、抗偏磁、均流等功能。對于定頻調(diào)寬的PWM閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，主要有五種PWM反饋控制模式。 （4）開關電源集成控制器 開關電源主要由主回路和控制回路兩大部分組成，主回路是將交流電網(wǎng)的電能傳遞給負載的回路，控制回路是按輸入輸出條件控制主回路的工作狀態(tài)的回路，將控制回路集成化即稱為開關電源集成控制器。開關電源集成控制器多為脈寬調(diào)制型(PWM),早期PWM多為電壓型，缺點是瞬念響應不好。電流控制型PWM的性能和功能均優(yōu)于電壓控制型，國外新生產(chǎn)的電流PWM控制器品種和數(shù)量最多，有完全取代電壓控制型的趨勢。本設計采用GWl524作為系統(tǒng)的控制器。 （5）電壓檢測電路 電壓反饋的唯一功能就是使輸出電壓保持在一個固定的值，電源系統(tǒng)中，對輸出電壓進行分壓（分壓比例為電壓參考值與額定輸出電壓的比值），將此電壓與參考電壓的誤差通過誤差放大器，用于校正脈寬，使輸出電壓穩(wěn)定。由于GW1524內(nèi)部有誤差放大器，我們只需將輸出電壓檢測出來即可，本設計采用在主輸出端串電阻的方式檢測輸出電壓，并反饋到集成控制器，構成閉環(huán)。 （6）電流檢測電路 電流模式控制具有動態(tài)反應快、補償電路簡化、增益帶寬大、輸出電感小、易于均流等優(yōu)點，因而取得越來越廣泛的應用。而在電流模式的控制電路中，需要準確、高效地測量電流值，故電流檢測電路的實現(xiàn)就成為一個重要的問題。在電流環(huán)的控制電路中，電流放大器通常選擇較大的增益，其好處是可以選擇一個較小的電阻來獲得足夠的檢測電壓，而檢測電阻小損耗也小。電流檢測電路的實現(xiàn)方法主要有兩類：電阻檢測（resistivesensing）和電流互感器（currentsensetransformer）檢測。 （7）電阻檢測 當使用電阻檢測法直接檢測開關管的電流時還必須在檢測電阻RS旁并聯(lián)一個小RC濾波電路，因為當開關管斷開時集電極電容放電，在電流檢測電阻上產(chǎn)生瞬態(tài)電流尖峰，此尖峰的脈寬和幅值常足以使電流放大器鎖定，從而使PWM電路出錯。但是在實際電路設計時，特別在設計大功率、大電流電路時采用電阻檢測的方法并不理想，因為檢測電阻損耗大，達數(shù)瓦，甚至十幾瓦；而且很難找到幾百毫歐或幾十毫歐那么小的電阻。 （8）啟動和集成電路供電電路設計 輸入高于直流電壓20V時，輸入電壓不能直接供電給控制芯片IC GW1524，而需要采用輔助電源電路，這部分電路的主要功能是用一個分流或串聯(lián)的線形電源給控制器提供比較穩(wěn)定的電壓。 （9）保護電路的設計 開關電源電路擔負著向整個電子設備各單元電路提供電壓和功率的任務，因此，開關電源電路一旦發(fā)生故障，整個電子設備就不能正常工作，嚴重時還會引起一系列的燒壞元器件典故，其后果極其嚴重。在開關穩(wěn)壓電路中，功率開關管工作在高電壓、大電流狀態(tài)之下，其故障率比小信號電路要高得多，這不僅要求功率開關管及其電源電路的可靠性高，而且還要設置一些必要的保護電路，使其在一旦出現(xiàn)故障或故障先兆時迅速切斷電源．以免故隙蔓延，損壞更多的無器件。 在設計之中，我們會碰各個內(nèi)容。我們只有多查看資料，多多吸取前人的經(jīng)驗。