平板显示器电源设计毕业设计论文.docx

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平板显示器电源设计毕业设计论文

毕业设计论文

平板显示器电源设计

摘要

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们日常工作生活联系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种控制设备电器、通讯设备领域，电子检测设备等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由开关器件（MOSFET、BJT等）构成利用脉冲宽度调制（PWM）控制。

开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率不同。

随着电力电子技术的发展和创新，开关电源技术在不断地创新，使得低输出电源成本下降，这为开关电源提供了广泛的发展空间。

开关电源的发展方向是高频化，因为它使开关电源向小型化发展，并使开关电源进入更广阔的应用领域，特别是在高新技术领域，从而推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

关键词：

开关电源，整流，自激式振荡

Flatpaneldisplaypowersupplydesign

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofpowerelectronics,powerelectronicsequipmentandpeople'sdailyworklivesevercloser,andelectronicequipmentareinseparablefromthereliablepowersupply,computerpowerintothe80'sfullrealizationoftheswitchingpowersupplytechnology,thefirsttocompletethecomputer'spowergeneration,the1990shaveenteredintoavarietyofswitchingpowerelectronics,electricalappliances,communicationsdevices,electronictestingequipment,controlequipment,etc.havebeenwidelyusedswitchingpowersupply,butalsotopromotetherapiddevelopmentofswitchingpowersupplytechnology.

Switchingpowersupplyistheuseofmodernpowerelectronicstechnology,controlswitchingtransistorturn-onandturn-offtimeratio,tomaintainastableoutputvoltageofapower,switchingpowersupplyswitchingdevicesgenerally（MOSFET,BJT,etc.）constitutetheuseofpulsewidthmodulation（PWM）control.Switchingandlinearpowercomparedtobothofthecostsareincreasedastheincreaseoftheoutputpower,buttheygrowatdifferentrates.Withthedevelopmentofpowerelectronicstechnologyandinnovation,constantlyswitchingpowersupplytechnologyinnovation,makingthelowoutputpowercostsdown,whichistheswitchingpowersupplyprovidesabroadspacefordevelopment.

Switchingpowersupplydevelopmentinthedirectionofhigh-frequency,becauseitmakestheswitchingpowersupplytosmalldevelopmentandtoswitchpowertoenterawiderfieldofapplication,especiallyinhigh-techfields,therebypromotinghigh-techproductsofthesmall,lighter.

KEYWORDS:

SwitchingPowerSupply,BridgeRectifier,Self-excitation

目　录

前　言

电源是向电子设备提供功率的装置，它把其他形式的能量转换成电能。

如发电机是将机械能转换成电能，干电池是把化学能转换成电能。

整流是通过变压器和整流器，把交流电变成直流电。

信号源能为电力电子设备提供信号。

晶体三极管能把上一器件送来的信号加以放大，再将放大的信号传送到后级电路中。

晶体三极管对后面的电路来说，也可以看作是信号源。

整流电源、信号源都可以叫做电源。

开关电源技术是运用半导体功率器件实现电能的高频率变换，将粗电变换成精电，以满足供电质量要求的技术。

由于在开关电源中半导体功率器件工作在高频开关方式，因此它具有效率高，功率密度高，可靠性高等优点。

由于开关电源的优点突出，开关电源更替线性电源是发展的必然趋势。

开关电源具有功耗小、功率高、稳压范围宽、体积小（重量轻）等突出优点，在通讯领域、检测领域、家用电器领域等电子电路中得到了广泛的应用。

由于价格低廉，电路简单，目前仍有较多的电子设备采用自激式开关电源完成多种电压输出，包括升/降电压、改变极性等功能。

自激式开关电源触发开关管的信号由自激振荡产生，在一定程度上简化了电路。

基本的自激式开关电源是不隔离式的，输入电压经开关管控制后构成输出电压，输入与输出共有负极为公共端。

采用不隔离的开关电源的用电设备当由市电整流输出时，用电设备可能接有交流高压的输入，因此其应用条件和范围有所限制。

第1章开关电源基本原理

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，并能输出稳定电压的一种电源。

随着电力电子技术的应用发展，其技术也在不断地创新。

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被电子设备所广泛应用，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，在通信领域、检测领域、家用电器等电子电路中得到了广泛应用。

1.1开关电源的组成与工作原理

1.1.1开关电源工作原理

开关电源的工作原理可以用图1-1进行说明。

图中输入的直流不稳定电压Ui经开关S加至输入端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管。

开关S按要求改变导通或关断时间，就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压。

这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波就可得到稳定的直流输出电压Uo。

原理电路波形图

图1-1开关电源的工作原理

定义脉冲占空比如下：

（1-1）

式中，T表示开关S的开关重复周期；ton表示开关S在一个开关周期的导通时间。

开关电源直流输出电压Uo与输入电压Ui之间具有如下关系：

（1-2）

由式（1-1）和式（1-2）可以看出：

（1）若开关周期T一定，改变开关S的导通时间ton，即可改变脉冲占空比D，达到调节输出电压的目的，这种保持T不变而只改变ton来实现占空比调节的方式，称为脉冲宽度调制（PWM）。

由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用的较多。

（2）若保持ton不变，改变利用开关频率来实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压Uo稳压的方式，称为脉冲频率调制（PFM）。

由于开关频率不固定，所以PFM方式的输出滤波电路的设计不宜实现最优化。

（3）既改变ton，又改变T，从而实现脉冲占空比的调节的稳压方式，称作脉冲调频调宽方式。

在各种开关电源中，以上三种脉冲占空比调节方式均有应用。

1.1.2开关电源的构成

开关电源由以下四个基本环节组成（见图1-2）：

（1）DC/DC变换器：

用以进行功率变换，是开关电源的核心部分。

DC/DC变换器有多种电路形式，其中控制波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。

（2）驱动器：

开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号放大、整形，以适应开关管的的驱动要求。

（3）信号源：

产生控制信号，由它激或自激电路产生，可以是PWM信号，也可以是PFM信号或其他信号。

（4）比较放大器：

对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，达到稳定输出电压的目的。

图1-2开关电源基本组成框图

除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动电路、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等。

开关电源与线性电源相比，输出端较多地表现了输入的瞬态变换，在提高开关频率的同时，由于反馈放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应指标也能得到改善。

负载变换瞬态响应主要由输出端LC滤波器的特性决定。

所以可以通过提高开关频率、降低输出滤波器LC的值的方法改善瞬态响应特性。

1.1.3开关电源的特点

开关电源具有以下特点：

（1）效率高。

开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小、效率高。

调整管的效率一般为80%-90%，高的可达90%以上。

（2）稳压范围宽。

开关电源的交流输入电压在90-270V范围变化时，输出电压的变化在以下。

合理设计电路还可以使稳压范围更宽，并保证开关电源的高效率。

（3）功耗小。

功率开关管工作在开关状态，其损耗小：

电源温升低，不需要采用大面积散热器。

采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。

（4）元件数值小。

由于开关电源的工作频率高，一般在20kHz以上，所以滤波元件的数值可以大大减小。

（5）重量轻。

由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的漆包线和硅钢片，所以电源的重量只是同容量线性电源的1/5，体积也大大缩小。

（6）安全可靠。

在开关电源中，由于可以方便地设置各种形式的保护电路，所以当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保护功能可靠。

1.2开关电源应用的问题与未来发展

1.2.1开关电源应用的问题

随着半导体技术和微电技术的高速发展，集成度高、功率强的大规模的集成电路的不断出现，使得电子设备的体积在不断的缩小，重量在不断的减轻，由于有开关变压器的存在，应用效果不甚，因此开发商致力于研制效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者希望通过其他可行的方法来取代开关变压器，使之能够满足设备微小型化的需要。

这是开关稳压电源研制首要困难。

开关稳压电源的效率与开关管的通断速度成正比，而且只有采用了开关变压器，才能使之单输入电源得到极性、大小各不相同的多组输出，因此如果要进一步提高开关稳压电源的效率，就必须提高电源的工作频率。

但是，当频率提高以后，整个电路中的元器件也要随之更新以满足其需要，比如高频电容、开关管、储能电感等。

近一步研制适应高