家用電器穩(wěn)壓電源——PWM部分設(shè)計畢業(yè)論文.doc

目錄1前言.12方案論證.23設(shè)計要求.24系統(tǒng)總體框圖.25硬件電路的設(shè)計.35.1變換電路.35.2EPWM控制電路.55.2.1電壓整流檢測電路.95.2.2對電壓波動進(jìn)行正負(fù)補償?shù)目刂齐娐仿?115.2.3三角波發(fā)生器電路.125.2.4狀態(tài)切換觸發(fā)電路.125.2.5穩(wěn)壓補償過程.156總結(jié).16謝詞.16參考文獻(xiàn).17附錄1.1811前言隨著高新技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高精密負(fù)載對輸入電源，特別是對交流輸入電源的穩(wěn)壓精度要求越來越高。但是，由于電力供求矛盾的存在，市電電網(wǎng)電壓的波動較大，不能滿足高精密負(fù)載的要求，需要在市電電網(wǎng)與負(fù)載之間增設(shè)一臺高穩(wěn)壓精度的寬穩(wěn)壓范圍的交流穩(wěn)壓電源。電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計算機和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產(chǎn)生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度。電源在使用時會造成很多不良后果，世界各國紛紛對電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場。隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個良好的基礎(chǔ)。在以后的一段時間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。單片機技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應(yīng)用，到90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到0.05V的數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸50W的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩1。隨著數(shù)控電源技術(shù)的發(fā)展，PWM脈寬調(diào)制技術(shù)已成為穩(wěn)壓電源的一個熱點。脈寬調(diào)制(PWM:(PulseWidthModulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。本文正是一種利用等脈沖寬度調(diào)制（EPWM）技術(shù)配合高速電子開關(guān)、高頻電子變壓器和LC濾波器實現(xiàn)交流開關(guān)式穩(wěn)壓電源的。22方案論證方案一：感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器。是將鐵磁諧振變壓器固定不變的次級諧振回路改成其諧振功率可根據(jù)不同負(fù)載情況自動進(jìn)行調(diào)整的結(jié)構(gòu)，即次級諧振回路中的諧振電容中，至少有一個諧振電容通過切換開關(guān)自動切換與輸出主繞組靠改變變壓器次、初級電壓的相位差，使輸出交流電壓穩(wěn)定。方案二：晶閘管交流穩(wěn)壓器。用晶閘管作功率調(diào)整元件。穩(wěn)定度高、反應(yīng)快且無噪聲。但對通信設(shè)備和電子設(shè)備造成干擾。方案三：多補償變壓器式交流穩(wěn)壓電源。所謂多補償變壓器式交流穩(wěn)壓電源，就是用多個（一般是24個）補償變壓器，將其次級串入主電路中，通過由雙向晶閘管或固態(tài)繼電器組成的“多全橋”變換電路，采用有選擇的切換或通過切換串入補償變壓器的個數(shù)進(jìn)行有級補償，來達(dá)到穩(wěn)壓目的。方案四：對方案三取其優(yōu)點、避其缺點，提出了用等脈寬調(diào)制（EPWM）高頻斬波器進(jìn)行補償?shù)慕涣鞣€(wěn)壓電源以供參考。它是對曾經(jīng)研制和發(fā)表過的“PWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源”的一種改進(jìn)變形電路2，比原電路更簡單，也更合理一些。通過對以上幾種方案的比較，我們選擇方案四，采用等脈寬調(diào)制高頻斬波器進(jìn)行補償?shù)慕涣鞣€(wěn)壓電源。3設(shè)計要求（1）整流濾波電路的設(shè)計；（2）PFC電路的設(shè)計；（3）變換電路的設(shè)計；（4）PWM控制電路設(shè)計；（5）輔助電源的設(shè)計；4系統(tǒng)總體框圖本系統(tǒng)采用一種利用等脈沖寬度調(diào)制（EPWM）技術(shù)配合高速電子開關(guān)、高頻電子變壓器和LC濾波器實現(xiàn)交流開關(guān)式穩(wěn)壓電源的實現(xiàn)思路。市電電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)檩^為平滑的310V直流電壓由PFC高功率因數(shù)校正電路校正為功率因數(shù)較高的直流后輸入變換電路。變換電路是由EPWM斬波式脈沖調(diào)制控制電路來進(jìn)行控制的，同時EPWM控制電路還要進(jìn)行電壓補償已達(dá)到穩(wěn)壓的目的。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。整流濾波PFC校正電路變換電路輸出濾波輔助電源PWM控制電路市電220V3圖1交流穩(wěn)壓總體框圖5硬件電路的設(shè)計本交流穩(wěn)壓電源是一種利用等脈沖寬度調(diào)制（EPWM）技術(shù)配合高速電子開關(guān)、高頻電子變壓器和LC濾波器實現(xiàn)交流開關(guān)式穩(wěn)壓電源的實現(xiàn)思路。市電電壓經(jīng)整流和濾波電路產(chǎn)生一組非穩(wěn)定的直流電壓，提供給高速電子開關(guān)以實現(xiàn)能量交換。從市電直接取得交流電壓，首先經(jīng)過D1D4橋式整流，C9、R23和C10、R24組成的RC濾波后再次經(jīng)過C11濾波，最后獲得平滑的輸出直流電壓。該直流電壓經(jīng)PFC功率因數(shù)校正電路獲得較高的功率因數(shù)后送往后續(xù)電路。PFC電路的供電電源采用+15V的輔助電源供電，同時該輔助電源也對PWM控制電路供電。由于該交流穩(wěn)壓電源設(shè)計是和同學(xué)兩人一起做，本人負(fù)責(zé)交換電路、輸出濾波和PWM控制電路，所以前面的整流濾波電路、PFC校正電路、輔助電源和顯示電路不多做累述。下面將詳細(xì)介紹交換電路、輸出濾波和EPWM控制電路。5.1變換電路變換電路3是將從PFC輸出的高功率因數(shù)的平滑直流電壓變?yōu)椴ㄐ螢榉讲ǖ慕涣麟?。變換電路是由EPWM橋式斬波器S1S4及其輸出變壓