电压可调稳压电源技术研究大学论文Word下载.docx

电压可调稳压电源技术研究大学论文Word下载.docx

《电压可调稳压电源技术研究大学论文Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电压可调稳压电源技术研究大学论文Word下载.docx（44页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

TL494自带的电压比较器接收来自输出电压的采样信号，调整PWM的脉冲宽度，实现输出电压的稳定。

同时，系统利用单片机内部A/D对输出电压进行采样，将数字信号返回到单片机，实现输出电压与输出电流的显示功能。

关键词：

BOOST变换器PWM控制芯片TL494单片机ATmega16L

ABSTRACT

Withthedevelopmentofpowerelectronicstechnology.Powerinthevarioussystemsinthecentralrolehasbecomemoreevident.Systemrequirementstoprovidelong-term，stablepowersupplyvoltage.Theelectricityvoltageinstabilityandthetraditionalpoweroutputvoltagedifficulttoachievelong-termstabilityofthefunction.Toomuchvoltagedeviationsmayresultinpermanentdamagetotheequipment.Switchingpowersupplyoutputvoltageispreciselybecauseofitslong-termstability.Andlightweight，highlyefficient，high-reliabilityadvantages.Gainingmorewidespreaddevelopmentandapplication.ThispaperdesignedtoBOOSTconverterasthecore.Supplementedbythenecessarycontrolcircuitandexternalcircuit，constitutesaswitchingpowersupply.ControlmodulefromtheSCM，D/AconverterchipDAC0832andPWMcontrolchipTL494composition.SCMbasedontheinputgeneratedeightcontrolsignals.ThroughD/AconvertedintoavoltagecontrolTL494PWMsignal，drivingBOOSTconverterMOSFETinthestart，andtheoutputvoltage.TL494built-involtagecomparatortoreceivethesamplefromtheoutputvoltagesignal.PWMadjustthepulsewidth.Realizationofstableoutputvoltage.Atthesametime，thesystemofinternalmicrocontrollerA/Dsamplingtheoutputvoltage，thedigitalsignalwillreturntotheSCM，andtheoutputvoltageandoutputcurrentdisplayfeatures.

Keywords:

BOOSTconvertersPWMcontrolchipTL494SCMATmega16L

目 

录

第一章绪论-1-

1.1开关电源的基本概念-1-

1.2开关电源的发展-2-

1.3开关电源的技术动态和要点-4-

第二章开关电源的基本分类和工作原理-7-

2.1开关电源的基本分类-7-

2.2开关电源的基本工作原理-11-

第三章BOOST变换器工作原理-15-

3.1BOOST变换器工作原理-15-

3.2BOOST变换器电路特性分析-16-

第四章电压可调开关稳压电源的设计-23-

4.1性能特点及技术指标-23-

4.2论文设计的方案论证-23-

4.3开关电源电路中关键元器件的选择与设计-26-

4.4开关电源的电路设计-33-

第五章开关稳压电源的设计总结-39-

5.1开关稳压电源设计的数据测试-39-

5.2波形仿真-40-

5.3测试结果分析及数据计算-41-

结论-43-

参考文献-44-

致谢-45-

附录-46-

第一章绪论

1.1开关电源的基本概念

电源是将各种能源转换成为用电设备所需电能的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。

直流开关电源是一种由占空比控制的开关电路构成的电能变换装置，用于交流—直流或直流—直流电能变换，通常称其为开关电源（SwitchedModePowerSupply-SMPS）其功率从零点几瓦到数十千瓦，广泛用于生活、生产、科研、军事等各个领域。

彩色电视机、VCD播放机等家用电器、医用X光机、CT机，各种计算机设备，工业用的电解、电镀、充电、焊接、激光等装置，以及飞机、卫星、导弹、舰船中，都大量采用了开关电源。

顾名思义，开关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。

开关电源的这一技术特点使其同其他形式的电源，如采用调整管的线性电源和采用晶闸管的相控电源相比具有两个明显的优点。

1.效率高采用占空比控制的开关电源，在理想情况下，只进行能量的变换而没有损耗。

实际上，电路中开关器件存在通态压降、断态漏电流、开关损耗等非理想因素，电感和电容元件也有等效串联电阻和漏电流等非理想因素，所以存在损耗。

但电路的总效率仍能达到85%~98%，远远高于靠动态电阻调节的线性电源，通常比相控电源的效率也要高些。

2.体积小、重量轻开关电源采用较高的开关频率，一般高于20kHz这一人耳的听觉极限。

因此电路中的电感、电容等滤波元件和变压器都大大减少。

而线性电源和相控电源通常都需要采用很大的滤波元件和笨重庞大的工频变压器。

所以在同等功率的条件下，开关电源的体积和重量仅为线性电源和相控电源时的1/10。

另外，开关电源的效率较高，需要的散热器也较小，这在很大程度上减小了体积和重量。

同时，还节省了很多硅钢片、铜、铝等原材料。

因为具有这些优点，开关电源的应用越来越广泛，大有取代线性电源和相控电源的趋势。

值得注意的是，开关电源的输出噪声和纹波一般比线性电源大，所以在需要非常低的噪声与纹波（如纹波峰峰值要小于5~10mV）的情况下，仍需要线性电源，由于大功率全功率非常大（1MW以上）时，仍需采用相控电源。

但随着控制技术和元器件技术的不断发展，开关电源的各方面的性能都在不断提高，容量也在不断扩大。

1.2开关电源的发展

1.2.1开关电源的发展史

随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。

任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。

电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。

传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。

这种传统稳压电源技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点。

但其通用都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。

由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。

另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的要求。

20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。

在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。

20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。

20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。

并且自开关稳压电源问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。

早期出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。

随着脉宽调制（PWM）技术的发展，PWM开关电源问世，它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制，电源的效率可达65%~70%，而线性电源的效率只有30%~40%。

因此，用工作频率为20kHz的PWM开关电源替代线性电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术发展史上被誉为20Khz革命，随着超大规模集成（ultra-large-scale-integrated-ULSI）芯片尺寸的不断减小电源的尺寸与微处理器相比要大得多；

而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备（如手提计算机、移动电话等）更需要小型化、轻量化的电源。

因此，对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量也要小。

此外，还要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。

这一切高新要求便促进了开关电源的不断发展和进步。

40多年来，开关电源经历了三个重要发展阶段：

第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件（BPT、SCR、GT0）发展为MOS型器件（功率MOS-FET、IGBT、IGCT等），使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。

第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的研究开发，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。

高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。

第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力电子模块（IPEM）技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。

1.2.2开关电源的技术追求和发展趋势

开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。

以功率晶体管（GTR）为例，当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零；

当开关管截止时，其集电极电流为零。

所以其功耗小，效率可高达70%~95%。

而功耗小，散热器也随之减小。

开关型稳压电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器。

此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。

因此开关电源具有重量轻、体