推挽式DCDC开关恒压源的设计综述.docx

推挽式DCDC开关恒压源的设计综述.docx

《推挽式DCDC开关恒压源的设计综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《推挽式DCDC开关恒压源的设计综述.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

推挽式DCDC开关恒压源的设计综述

闽江学院

本科毕业论文（设计）

题目推挽式DC-DC开关恒压源的设计

学生姓名

学号120061007081

系别物理学与电子信息工程系

专业电子信息工程

（2）班

指导老师

职称讲师

完成日期2010年4月

闽江学院毕业论文（设计）诚信声明书

本人郑重声明：

兹提交的毕业论文（设计）《推挽式DC-DC开关恒压源的设计》，是本人在指导老师沈耀国的指导下独立研究、撰写的成果；论文（设计）未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，论文（设计）中所引用的文字、研究成果均已在论文（设计）中以明确的方式标明；在毕业论文（设计）工作过程中，本人恪守学术规范，遵守学校有关规定，依法享有和承担由此论文（设计）产生的权利和责任。

声明人（签名）：

年月日

摘要

开关电源作为一种新式的电源，具有体积小、质量轻和节约能源等特点，逐渐在计算机，通信等方面得到广泛的应用。

本文中介绍了开关电源的组成、分类和控制等方面，随着电力电子技术的发展，特别是大功率器件的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。

在本设计中，开关电源是一种采用推挽式的高频电源变换电路，主要组成有：

PWM电路，这部分电路采用KA3525芯片，并通过输出电压的采样电压加在误差放大器的反相输入端桑实现稳压；推挽式变换器，实现DC-DC变换；整流滤波电路，通过整流滤波得到最终的稳定无干扰的电压；反馈补偿电路，通过反馈电压，以改变KA3525的输出，从而使输出电压保持稳定。

关键词：

推挽式；PWM；电源

Abstract

Asanewpowersource,theswitchingpowersupply,takingonsuchfeaturesassmallvolume、lightweighandeconomicalenergy,isusedgraduallyandwidelyincomputerandcommunication,etc.Thepaperintroducestheconsistence,theclassificationandthecontroloftheswitchingpowersupply,withthedevelopmentofpowerelectronictechnology,especiallytherapiddevelopmentofthehighpowercompoments,theoperatingfrequencyoftheswitchingpowersupplyisenhancedtoarealitivehighlevel,owningsuchfeaturesashighstabilityandhighperformance-to-price.

Inthisdesign,theswitchingpowersupplyisonekindofpush-pullthehighfrequencypowersourcetransfernetwork,themaincompositionincludes:

ThePWMelectriccircuit,thispartofelectriccircuitsusetheKA3525chip,andaddsthroughoutputvoltage'ssamplingvoltageintheerroneousamplifier'soppositioninputendmulberryrealizestheconstantvoltage;Thepush-pullconverter,realizestheDC-DCtransformation;Therectificationfiltercircuit,obtainsthefinalstablenon-disturbancevoltagethroughtherectificationfilter;Feedbackcompensationcircuit.ChangingtheoutputKA3525throughtofeedbackvoltage,thusoutputvoltageisstability.

Keywords:

push-pull;pulsewidthmodulation;powersupply

推挽式DC-DC开关恒压源的设计

1绪论

为了推动社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展，经济节能的电源越来越得到重视，同时也在飞跃的发展。

具有轻便、节能等优点的开关电源已逐渐体现出取代传统电源的趋势。

由于推挽式开关电源的利用率较高，所以本文介绍了一种利用推挽式变换器设计的DC-DC高频电源变换电路，以输出恒定的电压，供给电子产品使用。

1.1开关电源的概况

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，维持稳定输出电压的一种电源。

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。

1.2开关电源的组成

第一部分是输入电路，它包含有低通滤波和一次整流环节。

220V交流电直接经低通滤波桥式整流后得到未稳压的直流电压Vi，此电压送到第二部分进行功率因数校正，其目的是提高功率因数，它的形式是保持输入电流与输入电压同相。

功率因数校正的方法有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种。

所谓有源功率因数校正，是指电源在校正过程中常采用三极管和集成电路。

开关电源电路常采用有源功率因数校正。

第三部分是功率转换，它是由电子开关盒高频变压器来完成的，是把高功率因数的直流电压变换成受到控制的、符合设计要求的高频方波脉冲电压。

第四部分是输出电路，用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出。

第五部分是控制电路，输出电压经过分压、采样后与电路的基准电压进行比较、放大。

第六部分是频率振荡发生器，它产生一种高频波段信号，该信号叠加进行脉宽调制，得到脉冲宽度可调。

有了高频振荡才有电源变换，所以说开关电源实质是电源变换[1]。

图1-1占空比示意图

高频电子开关是电能转换的主要手段和方法。

在一个电子开关周期（T）内，电子开关的连通时间ton与一个电子周期所占时间之比，叫接通占空比（D），D=ton/T。

断开时间toff所占T的比例称为断开占空比（D’），D’=toff/T。

开关周期是开关频率的倒数，T=1/f。

开关电源的优点:

一是节能。

绿色电源是开关电源中用途最为广泛的电源，它的效率一般可以达到85%，质量好的可以达到95%甚至更高，而铁芯变压器的效率只有70%或者更低。

二是体积小，重量轻。

据统计，100W的铁芯变压器的质量为1200g左右，体积达到350cm3而100W的开关电源的重量只有250g。

而且敞开式的电源更轻，体积不到铁芯变压器的1/4。

三是开关电源具有各种保护功能，不易损坏。

而其他的电源由于本身原因或使用不当，发生短路或断路的事故较多。

四是改变输出电流、电压比较容易，且稳定、可控。

五是根据人们的需求，可设计出各种具有特殊功能的电源，以满足人们的需要[2]。

开关电源的分类

目前开关电源的种类很多，从工作性质来分，大体上可以分为“硬开关”和“软开关”两种。

所谓硬开关，是指电子脉冲、外加控制信号强行对电子开关进行“开”和“关”，而与电子开关自身流过的电流以及两端施加的电压无关。

1.开关损耗大。

开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；关断时，电压上升和电流下降同时进行。

电压、电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高而急速增加。

2.感性关断电尖峰大。

当器件关断时，电路的感性元件感应出尖峰电压，开关频率愈高，关断愈快，该感应电压愈高。

此电压加在开关器件两端，易造成器件击穿。

3.容性开通电流尖峰大。

当开关器件在很高的电压下开通时，储存在开关器件结电容中的能量将以电流形式全部耗散在该器件内。

频率愈高，开通电流尖峰愈大，从而引起器件过热损坏。

另外，二极管由导通变为截止时存在反向恢复期，开关管在此期间内的开通动作，易产生很大的冲击电流。

频率愈高，该冲击电流愈大，对器件的安全运行造成危害。

4.电磁干扰严重。

随着频率提高，电路中的di/dt和dv/dt增大，从而导致电磁干扰（EMI）增大，影响整流器和周围电子设备的工作。

软开关：

上述问题严重阻碍了开关器件工作频率的提高。

近年来开展的软开关技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效的途径。

和硬开关工作不同，理想的软关断过程是电流先降到零，电压在缓慢上升到断态值，所以关断损耗近似为零。

由于器件关断前电流已下降到零，解决了感性关断问题。

理想的软开通过程是电压先降到零，电流在缓慢上升到通态值，所以开通损耗近似为零，器件结电容的电压亦为零，解决了容性开通问题。

同时，开通时，二极管反向恢复过程已经结束，因此二极管方向恢复问题不存在[3]。

DC/DC变换类型是开关电源变换的基本类型，它通过控制开关通、断时间的比例，用电抗器与电容器上蓄积的能力对开关波形进行微分平滑处理，从而更有效地调整脉冲的宽度及频率。

从输入、输出有无变压器隔离来说，DC/DC变换分为有变压器隔离和没有变压器隔离两类。

按激励方式分，有自激式和他激式两种。

按谐振方式分，有串联谐振式、并联谐振式和串并联谐振式；按能力传递方式分，有连续模式和不连续模式两种。

凡是以脉冲宽度来调制的电子开关变换器都叫PWM变换器。

1.3开关电源设计中存在的问题

①器件问题。

电源控制集成度不高，这就影响了电源的稳定性和可靠性，同时对电源的体积和效率来说也是一个大问题。

②材料问题。

开关电源使用的磁芯、电解电容及整流二极管等都很笨重，也是耗能的主要根源。

③能源变换问题。

按照习惯，变换有这样几种形式：

AC/DC变换、DC/AC变换以及DC/DC变换等、实现这些变换都是以频率为基础，以改变电压为目的，工艺复杂，控制难度大，始终难以形成大规模生产。

④软件问题。

开关电源的软件开发目前只是刚刚起步，要真正做到功率转换、功率因数改善、全程自动检测控制实现软件操作，目前还存在很大差距。

⑤生产工艺问题。

往往在实验室中能达到相关的技术标准，但在生产商会出现各种问题。

这些问题大多是焊接和元器件技术性能问题，还有生产工艺上的检测、老化、粘结、环境等方面的因素[4]。

1.4开关电源的发展趋势

未来的开关电源像一只茶杯的盖子：

它的工作频率高达2～10MHz，效率达到95%，功率密度为3～6W/cm2,功率因数高到0.99，长期使用完好，寿命在80000h以上。

这就是开关电源的发展趋势。

所谓高标准就是对未来开关电源的挑战：

第一，能不能全面通容电磁兼容性的各项技术标志；第二，在企业里能不能大规模地、稳定的生产，或快捷地进行单项生产；第三，按照人们的需要，能不能组装或拼装大容量、高效率的电源；第四，能否使新的开关电源具有比运行中的电器额定值更高的功率因素、更低的输出电压（1～3V）、更大的输出电流（数百安）；第五，能不能实现更小的电源模板。

2系统