实验室设备中的开关电源研制毕业论文Word文档格式.doc

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电气工程学院

答辩日期：

XXXXXXXX

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摘要

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

现在多数直流电子负载均由标准电源供电，但标准电源电压未必能够满足微处理器，电机、LED，以及其它的负载所需电压，尤其是这个电源电压是不稳定的。

由电池供电的设备就是反应这个问题最好的例子：

在日常使用中，标准LI离子或者NIMH电池的电压要么太高，要么太低，或者是在使用放电中，电压下降过多。

用开关电源来实现DC－DC能量转换，是目前流行的选择，有时候甚至是必要的选择。

考虑到种类繁多的电子设备对直流电压的需求也是多样的，因此，设计者需要把标准的电源电压转换成负载所需要的电压。

电压转换必须是一个通用高效并且可靠的过程。

本文设计了一款开关电源，对电源的结构和主要电路作了详细的讨论。

本电源设计采用全桥整流电路，全桥逆变电路，桥式可逆变斩波电路及全波可控整流电路。

其脉宽调制波产生芯片选用的是KA7500B。

关键词：

KA7500B，开关电源，全桥逆变电路

Abstract

Currently,switchingpowersupplytosmall,Lightvolumeandthecharacteristicsofhighefficiencyhasbeenwidelyusedinelectroniccomputer-drivenvarietyofterminalequipment,Communicationsequipmentalmostallelectronicequipment,theelectronicinformationindustryindispensabletotherapiddevelopmentofapowermode.

ThemajorityofelectronicDCloadsaresuppliedfromstandardpowersources.Unfortunately,standardsourcevoltagesmaynotmatchthelevelsrequiredbymicroprocessors,motors,LEDS,orotherloads,especiallywhenthesourcevoltageisnotregulated.Battery-powereddevicesareprimeexamplesoftheproblem:

thetypicalvoltageofastandardLi+cellorNIMHstackiseithertoohigh/lowordropstoofarduringdischargetobeusedinconventionalapplications.

Switch-modepowersuppliesareapopularandsometimesnecessarychoiceforDC-DCpowerconversion.ConsideringthemultipleDCvoltagelevelsrequiredbymanyelectronicdevices,designersneedawaytoconvertstandardpower-sourcepotentialsintothevoltagesdictatedbytheload.Voltageconversionmustbeaversatile,efficient,reliableprocess.

Thispaperintroducesakindofthedesignofswitchingpowersupply,thestructureofthemaincircuitandthecontrolcircuitarediscussedandanalyzedindetail．ThepowersupplyuseFull-BridgeConverter,Single-PhaseFull-BridgeInverter，BridgeReversibleChopperandSingle-PhaseFull-BridgeControlledRectifier.ThePWMcontrollerisKA7500B．

Keywords：

KA7500B,SwitchingPowerSupply，Full-BridgeInverter

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章绪论 1

1.1课题背景及研究的意义 1

1.1.1课题背景 1

1.1.2课题研究的意义 1

1.2本文的研究内容 1

第2章开关电源简介 2

2.1概述 2

2.2开关电源的分类 2

2.3开关电源的技术追求和发展趋势 3

第3章开关稳压电源的基本原理 4

3.1开关电源的基本工作原理 4

3.2开关电源的调制方式 5

3.2.1脉冲宽度调制方式（PWM-PulseWidthModulation） 5

3.2.2脉冲频率调制方式（PFM-PulseFrequencyModulation） 6

3.2.3脉宽脉频调制方式 7

3.2.4脉冲幅度调制方式（PAM-PulseAmplitudeModulation） 7

3.3占空比（DutyCycle） 7

3.3.1占空比及其定义 7

3.3.2占空比变化的几种情况 8

3.4开关电源的滤波电路 9

3.5开关电源的保护电路 10

3.5.1开关电源保护电路的设计原则 10

3.5.2整机保护措施 10

3.5.3开关电源各种保护电路 10

第4章脉冲宽度调制器KA7500B 16

4.1KA7500B芯片简介 16

4.2PWM的产生 17

第5章开关稳压电源设计整机工作原理分析 18

5.1简述 18

5.2滤波整流电路 18

5.3振荡电路 18

5.4逆变电路 20

5.5直流斩波电路 21

5.6保护电路 22

结论 23

附录 24

致谢 27

参考文献 28

第1章绪论

1.1课题背景及研究的意义

1.1.1课题背景

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，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电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源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，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。

随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。

1.1.2课题研究的意义

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

1.2本文的研究内容

设计一款开关稳压电源，要求：

直流恒流源最大输出电压为30V，电流大于300mA，电流从0开始由多圈电位器顺时针旋到最大输出；

整个直流恒流源为开关型电源，而非模拟型电源，以使效率达到最大；

单相交流输入为220V，要有保护措施，短路保护及保险丝等也要有负载短路保护，并且可用现有直流电流表显示当前电流值。

第2章开关电源简介

2.1概述

开关电源主要是指利用各类新型自关断器件并通过变换技术制成的高频开关式直流稳压电源。

它的形式有很多种，其中尤以脉冲宽度调制型（PWM）最为盛行，现在就着重介绍一下此种形式的开关电源。

　　采用PWM技术的开关电源从电网将能量传递给负载的回路称为主回路，余者称为控制回路。

　　工频电网交流电压经过输入整流滤波电路，得到高纹波未调直流电压，再经功率转换电路，变换成符合要求的矩形波脉动电压，最后经输出整流滤波电路将其平滑成连续的低纹波直流电压。

　　控制回路在提供高压开关T管基极驱动脉冲的同时，需要完成输出电压稳压的控制，而且还必须能对电源或负载提供保护。

它通常由检测比较放大电路、电压—脉冲宽度转换电路（V／W电路）、时钟振荡电路、基极驱动电路、过压过流保护电路，以及自用电压源等基本电路构成。

　　对于PWM方式而言，将频率固定的震荡源称为时钟振荡器，这种电源利用检测电路反映输出电压值，通过和给定参考电压比较产生误差信号，再经V／W电路调制脉冲宽度以调节输出电压。

例如，由于某种原因（负载电流减小或电网电压上升）使高频变压器副边输出电压的平均值增大，电源输出电压也将随之提高，反馈检测电路将提高了的输出电压和基准电压进行比较，并产生负极性的误差电压，V／W电路根据该误差电压及时减小输出脉宽，这样使输出电压平均值减小。

接近原来的数值，从而实现稳压的作用。

开关电源的主要特点是使调节部件（调整管）工作在“开”或“关”两种状态下，换一句话说就是工作在“全通”或“全断”的两种状态下。

所谓的“开”

就是使调整管工作在饱和导通状态（相当于机械开关“接通”一样），管子的电压降很小，所以调整管自身损耗也很小；

所谓的“关”就是使调整管工作在截止状态下（相当于机械开关“断开”一样），电流为零，所以管耗也为零。

开关稳压电源效率之所以高，其主要原因之一就是调整管工作在开关状态。

2.2开关电源的分类

人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。

开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。

以下开关电源的分类作详细阐述。

1.按驱动方式分有自励式与他励式。

2.按DC/AC变换器的工作方式分：

1）隔离型有通/通、通/断、中心抽头、半桥、全桥、谐振等方式。

2）非隔离型有降压型、升压型、极性反转型、开关电容型以及谐振型。

3.按控制方式分：

1）脉冲控制方式有自励式与他励式。

2）磁放大器的混合控制方式有电压控制、电流控制及并联控制。

3）脉冲控制与磁放大器的混合控制方式。

4.按控制信号的隔离方式分：

1）采用光耦合的隔离方式。

2）采用变压器的隔离方式。

3）电压/频率变换、频率/电压变换、用变压器隔离控制信号的