大功率直流穩(wěn)壓電源

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"緒論2....\o"CurrentDocument"第一章小功率整流濾波電路.3...1.1單相整流電路3.…1.2濾波電路5....1.3穩(wěn)壓電路10..\o"CurrentDocument"第2章直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)1.1\o"CurrentDocument"2.1、直流穩(wěn)壓電源的特性指標(biāo)1.1\o"CurrentDocument"2.2穩(wěn)壓電源質(zhì)量指標(biāo)1L2.3穩(wěn)壓電路的種類12.\o"CurrentDocument"第3章穩(wěn)壓電路保護(hù).13..\o"CurrentDocument"第4章直流穩(wěn)壓電源的分類1.4.\o"CurrentDocument"4.1電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇14.\o"CurrentDocument"4.2控制方式的選擇1.4.\o"CurrentDocument"第5章電源的主電路15.\o"CurrentDocument"第6章紋波的抑制16..\o"CurrentDocument"6.1、電源紋波產(chǎn)生途徑：1.6.\o"CurrentDocument"6.2、本文采取的措施L6.結(jié)束語17....致謝詞18....參考文獻(xiàn)1.9....緒論當(dāng)今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路一電源電路。大到超級計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬別。超級計(jì)算機(jī)的電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級計(jì)算機(jī)各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個(gè)電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級功能。可以說電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設(shè)備。一般直流穩(wěn)壓電源由如下部分組成：整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)換為脈動直流電。濾波電路將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路采用負(fù)反饋技術(shù)，對整流后的直流電壓進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的方框圖如圖1.1所示。工頻交流脈動直流直流圖1-1整流濾波方框圖

第一章小功率整流濾波電路1.1單相整流電路整流電路的任務(wù)：把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等。為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。1.單相半波整流電路v2>0時(shí)，二極管導(dǎo)通。v<0時(shí)，二極管截止，輸v2>0時(shí)，二極管導(dǎo)通。v<0時(shí)，二極管截止，輸出電流為0二極管上的平均電流：ID=II二極管上承受的最高電壓：丫皿2、⑷輸出電壓平均值(V)單相全波整流電路L輸出電壓波形：二極管上的平均電流：婦=孔二極管上承受的最高電壓：、=皿輸出電壓平均值：V=0.9V單相橋式整流電路L2工作原理V2>0時(shí)：VL=V2橋式整流電路V2<0時(shí)：匕=-V橋式整流電路V2<0時(shí)：匕=-V2V2負(fù)半周時(shí)橋式整流電路1.2濾波電路通常用脈動系數(shù)S來表示輸出電壓脈動的程度S定義：整流輸出電壓的最低次諧波分量的峰值VV之比。1.2濾波電路通常用脈動系數(shù)S來表示輸出電壓脈動的程度S定義：整流輸出電壓的最低次諧波分量的峰值VV之比。L1m與直流分量濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：_電容與負(fù)載rl并聯(lián)，或電感與負(fù)載rl串聯(lián)。原理：利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。幾種濾波電路電容濾波電路(倒L型)電感電容濾波電路型濾波電路電容濾波電路(1)濾波原理(倒L型)以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。

橋式整流電容濾波電路1.Rl未接入時(shí)（忽略整流電路內(nèi)阻）v2正半周：D1D3導(dǎo)通一向C充電（恒定）2、v2負(fù)半周：DD導(dǎo)通一向C充電42.R接入時(shí)的情況（設(shè)v從0開始上升時(shí)接入）開始v<v（恒定）2、v2負(fù)半周：DD導(dǎo)通一向C充電42.R接入時(shí)的情況（設(shè)v從0開始上升時(shí)接入）」2CLC降。

當(dāng)v當(dāng)v2>vc時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，向電容C充電，同時(shí)也給Rl提供電流，Vc隨V2上升而上升。L只有電壓V2大于V時(shí)，二極管導(dǎo)通，才有充電電流iD，因此流過二極管的瞬時(shí)電流很大。D可見，采用電容濾波時(shí)，整流管的導(dǎo)通角。<n。且與時(shí)間常數(shù)rlc有關(guān)V(平均值)成大電容濾波電路的特點(diǎn)輸出電壓V平均值升高，RC愈大電容器放電愈慢L一般取』"2(T：電源電壓的周期)近似估算：Ve1.2V半波整流L2電容濾波：VleV2怎樣選電容:：CN(3~5)T/2Rl耐壓》(1.5~2)V2二極管的導(dǎo)電角<l，，流過二極管瞬時(shí)電流很大故選管時(shí)，要留有足夠的電流裕度，一般取玨=(>3)*=輸出特性（外特性）較軟且與時(shí)間常數(shù)rlc有關(guān)V(平均值)成大直流電壓V隨負(fù)載電流增加而減少，帶負(fù)載能力差。如：R愈小（I越大），V下降多，S增大。結(jié)論:L電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動不大的場合。電感濾波電路結(jié)構(gòu)：在整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。電感濾波電路濾波原理對直流分量：XL=0相當(dāng)于短路，電壓大部分降在Rl上。對諧波分量：f越高，X越大，電壓大部分降在X上。因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。L當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：VL=0.9V21.3穩(wěn)壓電路1.3.1三端集成穩(wěn)壓器隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器的分類「正電1KW78"r固定式［三端集成」L負(fù)電壓仲沔徐穩(wěn)壓器|廣正電壓W317(LM317)I可調(diào)式3L負(fù)電壓W337(LM337)注：型號后兩位數(shù)字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器(正電壓78、負(fù)電壓79)1.3.2三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用一、固定電壓輸出電路輸出為固定正壓時(shí)的接法如圖所示。注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于2V!正常時(shí)輸入、輸出電壓差為2~3V。C「C2用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激和抑制電路引入的高頻干擾。C3是電解電容，用來減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。

D是保護(hù)二極管。當(dāng)輸入端短路時(shí)，給輸出電容器C一個(gè)放電通路，防止C3兩端的電壓對調(diào)整管造成損壞。3第2章直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻(輸出電阻)、紋波電壓及溫度系數(shù)等。2.1、直流穩(wěn)壓電源的特性指標(biāo)最大輸出電流它取決于主調(diào)整管的最大允許工作電流和變壓器的容量以及二極管的最大整流電流等。輸出電壓和電壓調(diào)節(jié)范圍這可按照使用對象的要求來確定。對于需要庫定電源的設(shè)備，其穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)范圍最好小一些，電壓值一旦調(diào)好后不再改變。對于輸出電壓可調(diào)電源，其輸出范圍大都從零伏起調(diào)，通常要求調(diào)壓范圍寬些，且連續(xù)可調(diào)。保護(hù)特性在直流穩(wěn)壓電源中，當(dāng)負(fù)載電流過載或短路時(shí)，調(diào)整管會損壞。因此，必須采用快速響應(yīng)的過流保護(hù)電路。此外，當(dāng)穩(wěn)壓電流出現(xiàn)故障時(shí)，輸出會出現(xiàn)電壓過高的現(xiàn)象，這就會對負(fù)載產(chǎn)生危害。因此，還要求有過電壓保護(hù)電路。效率穩(wěn)壓電源是個(gè)換能器，因此，也有能量轉(zhuǎn)換效率的問題。提高效率主要是降低調(diào)整管的功耗。2.2穩(wěn)壓電源質(zhì)量指標(biāo)輸出電壓1■Z'輸出電壓變化量E-K*11"輸入調(diào)整因數(shù)Ar'蜘-4AT-V電壓調(diào)整率溫度系數(shù)*=當(dāng)輸出電阻穩(wěn)壓系數(shù)'2.3穩(wěn)壓電路的種類常用穩(wěn)壓電路

（小功率設(shè)備）穩(wěn)壓管線性開美型穩(wěn)壓電菖」穩(wěn)地電路穩(wěn)壓電路—一—以下1要rF論線牲穩(wěn)屋^11路.」1技率較高，目背用的也比較多，但因?qū)W時(shí)有限，這里不做介紹./電路最簡單，但是帝負(fù)我能力差，一艘只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用°穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程1、當(dāng)電源電壓發(fā)生變化（負(fù)載不變）時(shí):小f%—瓦。fA"氣E—益成tJ穩(wěn)壓管的電流調(diào)節(jié)作用是這種穩(wěn)壓電路能夠穩(wěn)壓的關(guān)鍵。R起著電壓調(diào)整作用和限流保護(hù)作用。2、當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化（電源電壓不變）時(shí):第3章穩(wěn)壓電路保護(hù)穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時(shí)輸入電壓將全部降落在調(diào)整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過損耗發(fā)熱而損壞，為此必須對穩(wěn)壓電源的短路進(jìn)行保護(hù)。過載也會造成損壞。保護(hù)的方法II|反饋保護(hù)型溫度保護(hù)型|11\截流型限流型在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器1）截流型當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過保護(hù)電路使調(diào)整管截止，從而限制了短路電流，使之接近為零。截流特性見圖。流得以限制。限流特性見圖第4章直流穩(wěn)壓電源的分類按穩(wěn)定對象分有交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源。是交流還是直流要看穩(wěn)壓電源的輸出電壓是交流還是直流。按穩(wěn)定方式分，有參數(shù)穩(wěn)壓電源和反饋調(diào)整穩(wěn)壓電源。按穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載的聯(lián)接方式來分類，可以分為并聯(lián)穩(wěn)壓電源和串聯(lián)穩(wěn)壓電源兩種。調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)的叫并聯(lián)穩(wěn)壓電源或分流穩(wěn)壓電源。調(diào)整元件與負(fù)載串聯(lián)的穩(wěn)壓電源叫做串聯(lián)穩(wěn)壓電源。按調(diào)整元件分，有輝光放電管穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源，電子管穩(wěn)壓電源，品體管穩(wěn)壓電源，可控硅穩(wěn)壓電源等。按調(diào)整元件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。根據(jù)需要，還可以有其他分類方法，例如集成電極輸出型、發(fā)射極輸出型，高壓、低壓，通用、專用等。4.1電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有推挽型、全橋、半橋等。4.2控制方式的選擇控制方式有三種：脈沖寬度調(diào)制型(PWM)：開關(guān)周期恒定，調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈沖的寬度；脈沖頻率調(diào)制型(PFM)：導(dǎo)通脈沖寬度恒定，調(diào)節(jié)開關(guān)工作頻率；混合調(diào)制型：把PWM和PFM結(jié)合在一起。控制系統(tǒng)采用單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，第5章電源的主電路圖5.1電源主電路由圖可見，電源主電路遵循一般逆變的AC-DC-AC-DC形式。柵極驅(qū)動電路以脈沖方式激勵而交替地通斷，將直流電壓變換成20kHz的中頻交變電壓，中頻變壓器同時(shí)將大約220V電壓降為24V左右的電壓，然后經(jīng)輸出整流器整流濾波，輸出直流電壓。

第6章紋波的抑制電源紋波產(chǎn)生途徑:低頻紋波高頻紋波(3)閉環(huán)調(diào)節(jié)器引起的紋波6.2、本文采取的措施211\.LC。式中的f0為開關(guān)電源逆變器的逆變在抑制低頻紋波采取下圖所示的低頻濾波器，該方法是在高頻開關(guān)整流電壓與輸出之間串入某一形式的濾波器同時(shí)濾去高頻開關(guān)逆變造成的因PWM調(diào)節(jié)引起的差模紋波和整流后的低頻紋波。圖中L與C1或L與C的取值要合理選用。一般L與C或L211\.LC。式中的f0為開關(guān)電源逆變器的逆變圖6.1低頻濾波器電路圖在抑制高頻紋波本文采取的是合理布線的方法。結(jié)束語本文針對目前國內(nèi)用于電源是品閘管靜態(tài)逆變器，其逆變頻率限制在8KHz以下，實(shí)際產(chǎn)品一般僅為1KHz左右。本文通過應(yīng)用IGBT逆變器設(shè)計(jì)大功率的直流穩(wěn)壓電源。本文首先介紹了所設(shè)計(jì)的大功率直流穩(wěn)壓電源的組成結(jié)構(gòu)和控制原理，并就電源主電路、控制電路、保護(hù)電路以及控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)地分析。主電路系統(tǒng)由輸入濾波整流電路、逆變電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路組成。逆變電路采用輸出功率較大的IGBT全橋式逆變結(jié)構(gòu)，絕緣柵雙極品體管（IGBT）具有輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)大功率直流穩(wěn)壓電源的外特性的要求，設(shè)計(jì)中使用電壓、電流雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)來控制電源外特性，得到的電源特性既有較好的功率特性，又有外拖特性，故系統(tǒng)有很好的外特性。文中詳細(xì)討論了上述電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及參數(shù)確定，以16位單片機(jī)80C196KC為控制核心，組成大功率直流穩(wěn)壓電源的控制系統(tǒng)。單片機(jī)通過采樣電路中的電壓、電流值，與給定值比較后可自動調(diào)節(jié)，同時(shí)還可顯示電路中的電壓、電流值，具有監(jiān)控功能。所以此系統(tǒng)不僅具有較高的可靠性，還具有良好的工藝性能。由于使用了高頻器件，整個(gè)系統(tǒng)具有小型化、輕量化、高效率等優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代大功率直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展潮流，故本系統(tǒng)具有較好的發(fā)展前景。致謝詞在本次論文設(shè)計(jì)過程中，老師對該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個(gè)環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo)，使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。在學(xué)習(xí)中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我學(xué)習(xí)的楷模，導(dǎo)師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神，將會一直激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝。最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。參考文獻(xiàn)田曉波，王文革.大功率直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與分析[J].光電對抗與無源干擾，2002，(1)：02-10.禹宏云，李艷.智能化的直流穩(wěn)