CDCD開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

CDCD開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì),cdcd,開(kāi)關(guān)電源,設(shè)計(jì) 1 研究背景電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入 80 年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入 90 年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開(kāi)關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖 1-1 所示，DC-DC 變換器是進(jìn)行功率變換的器件，是開(kāi)關(guān)電源的核心部件，此外還有啟動(dòng)電路、過(guò)流與過(guò)壓保護(hù)電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測(cè)其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過(guò)誤差放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。其結(jié)構(gòu)圖如圖 1-1 所示。V1 V0當(dāng)前,開(kāi)關(guān)電源新技術(shù)產(chǎn)品正在向以下“四化”的方向發(fā)展:應(yīng)用技術(shù)的高頻化;硬件結(jié)構(gòu)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(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)含量大大提高,使之更加可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。近年,有些公司把開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),這樣縮小了整機(jī)的體積,方便了整機(jī)設(shè)計(jì)和制造。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開(kāi)發(fā)了“用戶(hù)專(zhuān)用”功率模塊(ASPM),它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)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(guò)嚴(yán)格、合理的、熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),DC/DC 變換器驅(qū)動(dòng)器 PWM 比較放大取樣參考電壓達(dá)到優(yōu)化完善的境地。 開(kāi)關(guān)電源是一種采用開(kāi)關(guān)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(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備,是當(dāng)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(dāng)我們把開(kāi)關(guān)電源的研究擴(kuò)大到可調(diào)高電壓、大電流時(shí),以及將研究新技術(shù)應(yīng)用于DC/AC 變換器 ,即開(kāi)拓了大功率應(yīng)用領(lǐng)域 ,又使開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了從發(fā)電廠設(shè)備至家用電器的所有應(yīng)用電力、電子技術(shù)的電氣工程領(lǐng)域。作為節(jié)能、節(jié)材、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)的開(kāi)關(guān)電源,它的產(chǎn)品展現(xiàn)了廣闊的市場(chǎng)前景。例如,發(fā)電廠的貯能發(fā)電設(shè)備、直流輸電系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、機(jī)車(chē)牽引、交直流電機(jī)傳動(dòng)、不停電電源、汽車(chē)電子化、開(kāi)關(guān)電源、中高頻感應(yīng)加熱設(shè)備以及電視、通訊、辦公自動(dòng)化設(shè)備等。2、存在的問(wèn)題當(dāng)我們對(duì)該技術(shù)進(jìn)行深入研究后卻發(fā)現(xiàn)它仍然存在著一些問(wèn)題需要解決，而且有的問(wèn)題還帶有全局性：采用定頻調(diào)寬的控制方式來(lái)設(shè)計(jì)電源，都以輸出功率最大時(shí)所需的續(xù)流時(shí)間為依據(jù)來(lái)預(yù)留開(kāi)關(guān)截止時(shí)間的，則負(fù)載所需的功率小于電源的最大輸出功率時(shí)就必然造成了工作電流的不連續(xù)；“反峰電壓”是開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間存入高頻變壓器的勵(lì)磁能量在開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)的一種表現(xiàn)，而勵(lì)磁能量只能在、也必須在開(kāi)關(guān)關(guān)斷后的截止期間處理掉，既能高效處理勵(lì)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(shí)地為勵(lì)磁能量提供一個(gè)“低阻抗通道” ，并且為勵(lì)磁能量的通過(guò)提供一段時(shí)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(fù)位問(wèn)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(gè)問(wèn)題向來(lái)是電源技術(shù)，尤其是以小體積、高功率密度見(jiàn)長(zhǎng)的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的“瓶頸” ；高頻開(kāi)關(guān)電源的并聯(lián)同步輸出問(wèn)題。以上的問(wèn)題看似彼此獨(dú)立，其實(shí)它們之間存在著一定的關(guān)聯(lián)性解決這些問(wèn)題，也許還是一條艱難而漫長(zhǎng)的路。3、本設(shè)計(jì)主要要解決的問(wèn)題和方法（1）相關(guān)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(shè)計(jì)。（2）參數(shù)計(jì)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(shè)計(jì)、變壓器設(shè)計(jì)、電感的參數(shù)計(jì)算、二極管和電容器的選擇、開(kāi)關(guān)管的選擇、控制電路的設(shè)計(jì)。等電路的選擇。（3）控制模式的選擇PWM 開(kāi)關(guān)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(fù)載變化的情況下，控制電路通過(guò)被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。PWM的開(kāi)關(guān)頻率一般為恒定，控制取樣信號(hào)有：輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓、開(kāi)關(guān)器件峰值電流。由這些信號(hào)可以構(gòu)成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流及恒定功率的目的，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)一些附帶的過(guò)流保護(hù)、抗偏磁、均流等功能。對(duì)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(kāi)關(guān)電源集成控制器開(kāi)關(guān)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(fù)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(chēng)為開(kāi)關(guān)電源集成控制器。開(kāi)關(guān)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(diǎn)是瞬念響應(yīng)不好。電流控制型 PWM 的性能和功能均優(yōu)于電壓控制型，國(guó)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(shì)。本設(shè)計(jì)采用 GWl524 作為系統(tǒng)的控制器。（5）電壓檢測(cè)電路電壓反饋的唯一功能就是使輸出電壓保持在一個(gè)固定的值，電源系統(tǒng)中，對(duì)輸出電壓進(jìn)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(guò)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(cè)出來(lái)即可，本設(shè)計(jì)采用在主輸出端串電阻的方式檢測(cè)輸出電壓，并反饋到集成控制器，構(gòu)成閉環(huán)。（6）電流檢測(cè)電路電流模式控制具有動(dòng)態(tài)反應(yīng)快、補(bǔ)償電路簡(jiǎn)化、增益帶寬大、輸出電感小、易于均流等優(yōu)點(diǎn)，因而取得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。而在電流模式的控制電路中，需要準(zhǔn)確、高效地測(cè)量電流值，故電流檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)就成為一個(gè)重要的問(wèn)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(gè)較小的電阻來(lái)獲得足夠的檢測(cè)電壓，而檢測(cè)電阻小損耗也小。電流檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)方法主要有兩類(lèi)：電阻檢測(cè)（resistivesensing）和電流互感器（currentsensetransformer）檢測(cè)。（7）電阻檢測(cè)當(dāng)使用電阻檢測(cè)法直接檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的電流時(shí)還必須在檢測(cè)電阻 RS 旁并聯(lián)一個(gè)小 RC濾波電路，因?yàn)楫?dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)集電極電容放電，在電流檢測(cè)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(cuò)。但是在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，特別在設(shè)計(jì)大功率、大電流電路時(shí)采用電阻檢測(cè)的方法并不理想，因?yàn)闄z測(cè)電阻損耗大，達(dá)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(dòng)和集成電路供電電路設(shè)計(jì)輸入高于直流電壓 20V 時(shí)，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(gè)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(hù)電路的設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源電路擔(dān)負(fù)著向整個(gè)電子設(shè)備各單元電路提供電壓和功率的任務(wù)，因此，開(kāi)關(guān)電源電路一旦發(fā)生故障，整個(gè)電子設(shè)備就不能正常工作，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起一系列的燒壞元器件典故，其后果極其嚴(yán)重。在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路中，功率開(kāi)關(guān)管工作在高電壓、大電流狀態(tài)之下，其故障率比小信號(hào)電路要高得多，這不僅要求功率開(kāi)關(guān)管及其電源電路的可靠性高，而且還要設(shè)置一些必要的保護(hù)電路，使其在一旦出現(xiàn)故障或故障先兆時(shí)迅速切斷電源．以免故隙蔓延，損壞更多的無(wú)器件。在設(shè)計(jì)之中，我們會(huì)碰各個(gè)內(nèi)容。我們只有多查看資料，多多吸取前人的經(jīng)驗(yàn)。