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开关电源毕业设计

2017-09-28 49页 doc 250KB 37阅读

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开关电源毕业设计开关电源毕业设计 毕业设计(论文) 基于TOP225Y开关电源的设计 摘 要 开关电源具有功耗小,效率高,稳压范围广,体积小等突出优点, 在通信设备数控装置,仪表仪器影音设备,家用电器等电子电路中得到广泛应用。 TOP系列电源为美国POWER INTEGRATION 公司生产的集成开关电源,具有集成度高,性价比高,外围电路简单,性能指标佳以及能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。目前已成为国际上开发中,小功率开关电源,精密开关电源及电源模板的优选集成电路。 本文设计的基于TOP225Y 芯片离线式 PWM...
开关电源毕业设计
开关电源毕业设计 毕业设计(论文) 基于TOP225Y开关电源的设计 摘 要 开关电源具有功耗小,效率高,稳压范围广,体积小等突出优点, 在通信设备数控装置,仪表仪器影音设备,家用电器等电子电路中得到广泛应用。 TOP系列电源为美国POWER INTEGRATION 公司生产的集成开关电源,具有集成度高,性价比高,外围电路简单,性能指标佳以及能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。目前已成为国际上开发中,小功率开关电源,精密开关电源及电源的优选集成电路。 本文设计的基于TOP225Y 芯片离线式 PWM 集成反激式开关电源,阐述了 TOP225Y 的内部结构及工作原理,双路输出为 20V 门 A 、15V/ 1A ,同时按照要求,进行电路参数的实际计算,给系统选择了合适的高频变压器,输出整流滤波电路及反馈电路等,最终给出测试分析和测试结果。 关键词:开关电源, 双路输出 , 集成反激式, 整流, 反馈 I 毕业设计(论文) THE DESIGN OF SWITCHING POWER IS BASED ON THE TOP225Y ABSTRACT Switching power supply with low consumption, high efficiency, wide voltage, small advantage in communication equipment, CNC equipment, instrument audio equipment, household appliances, etc widely applied in electronic circuits. TOP U.S. power supply for series of integrated production company need to switch power, has high integration, cost-effective, outer circuit is simple, performance and can form no better efficiency of the isolated transformer switch power supply, etc. At present has become the international development of small power switch power supply, switching power supply, selection of template and integrated circuits. The paper TOP225Y chip design based on off-line PWM integrated flyback type switch power TOP225Y, expounds the internal structure and working principle, double path for 20V door, output, according to 15V / 1A requirement of the circuit parameters calculated, to choose the right system and output rectifier transformer filter circuits and feedback circuit, finally gives test analysis and test results. KEY WORDS: Switching power supply,Double path output,Integrated flyback type,Rectifying,Opt coupler feed back II 毕业设计(论文) 目 录 前 言 ................................................................................................ 1 第1章 绪论 ...................................................................................... 3 1.1 开关电源的定义 ................................................................... 3 1.2开关电源的发展和趋式 ........................................................ 4 1.3 本论文的设计研究意义 ....................................................... 5 第2章 开关电源的分类及原理 ....................................................... 6 2.1 开关电源的分类 ................................................................... 6 2.2开关电源的基本组成和原理 .............................................. 10 2.3 PWM的基本工作原理 ....................................................... 11 2.4 TOP Switch?系列及其工作原理 ...................................... 13 第3章 基于TOP225Y开关电源的设计 ....................................... 16 3.1 设计流程图 ......................................................................... 16 3.2 技术指标和性能要求 ......................................................... 17 3.3 TOP225Y的主要性能特点和元件选择 ........................... 17 3.3.1 性能特点 ................................................................... 17 3.3.2 线性光耦合器PC817 ................................................ 18 3.3.3 可调式精密并联稳压器TL431 ................................ 19 3.4开关电源的电路设计 .......................................................... 20 3.4.1 TOP225Y芯片原理图 ............................................... 20 3.4.2 输入整流滤波电路 ................................................... 20 3.4.3 高频变压器的设计 ................................................... 21 3.4.4 箝压齐纳管(VR)和阻断二极管(VD)的选择 .. 21 3.4.5 输入整流电路的设计 ............................................... 22 3.4.6 反馈电路的设计 ....................................................... 22 3.5 结果分析............................................................................. 23 3.6 基于TOP225Y开关电源的的原理图绘制 ........................ 24 第4章 .................................................................................... 26 4.1 开关电源干扰的产生及其抑制 .......................................... 26 III 毕业设计(论文) 4.1.1开关电源干扰产生的机理 ......................................... 26 4.1.2 对于开关电源干扰的一些抑制措施 ........................ 28 4.2 设计的体会与问题总结 ..................................................... 29 谢 辞 ................................................................................................ 30 参考文献 .......................................................................................... 31 外文资料原文 .................................................................................. 32 IV 毕业设计(论文) 前 言 开关电源自20世纪70年代开始应来,涌现出许多功能完备集成控制电路,使开关电源电路日益简化,工作频率不断提高,效率大大提高,并为电源小型化提供了广阔前景。三端离线式脉宽调制单片开关集成电路TOP(Threeterminaloffline) 将PWM控制器与功率开关MOSFET合二为一封装一起,已成为开关电源IC发展主流。采用TOP开关集成电路设计开关电源,可使电路大为简化,体积进一步缩小,成本也明显降低 开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源,由美国 PI 公司推出的 TOPSwitch 系列开关电源集成芯片更加方便了开关电源的设计和产品化。开关电源的高频变换电路形式很多,常用的离线式变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。而单端反激型直流稳压电源配合电流型 PWM 控制电路,具有电路结构简单、性能稳定等特点。由于多路输出开关电源广泛应用在各种复杂小功率电子系统中,具有输出电压低、输出电流变化范围广等特点。开关电源因其体积小、重量轻、效率高、安全、可靠等特点,推动了自身及其应用产品的小型化、轻便化,节约了大量的能源和原材料,在国际上被誉为绿色能源,得到了长足的发展。但是,信息处理和控制的功能越来越强大、信息处理速度越来越快,使得供电电压一降再降,比如3.3V、1.8V、1.2V等等。另外,不论是从当前还是长远来看,人们对保护环境、节能降耗的要求将会越来越高。因此,这些都对开关电源提出了越来越高的要求。可以预测,开关电源将会随着外部及自身的技术发展而发展,在未来世界的绿色革命中起到举足轻重的作用。 当前,随着人们生活水平的提高,更多种类的家用电子设备进入到了普通家庭中,给我们的生活带来了无限乐趣。DVD播放机就是其中之一。在DVD的播放中,对于信息的解码、音频视频的放大等所需要的供电电压都有着较高的要求,否则对播放机的性能和机器寿命将会产生很大的影响。另外,从前几年DVD笨重的外形到现在越来越薄,轻便,精致,美观等一系列的变化,都需要开关电源小尺寸化的支持。况且,开发出效率 1 毕业设计(论文) 更高的开关电源,也是当前节能降耗的要求,符合绿色能源、绿色产品这一趋势。 2 毕业设计(论文) 第1章 绪论 1.1 开关电源的定义 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。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,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一成本反转点。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.功耗小,效率高。在开关电源电路中,晶体管V在激励信号的激励下,它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态,转换速度很快,频率一般为50kHz左右,在一些技术先进的国家,可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小,电源的效率可以大幅度地提高,其效率可达到80%。 2.体积小,重量轻。从开关电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后,又省去了较大的散热片。由于这两方面原因,所以开关电源的体积小,重量轻。 3.稳压范围宽。从开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的,输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。这样,在工频电网电压变化较大时,它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽,稳压效果很好。此外,改变占空比的方法有脉宽调制型 3 毕业设计(论文) 和频率调制型两种。开关电源不仅具有稳压范围宽的优点,而且实现稳压的方法也较多,设计人员可以根据实际应用的要求,灵活地选用各种类型的开关电源。滤波的效率大为提高,使滤波电容的容量和体积大为减少。开关电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz,是线性稳压电源的1000倍,这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍;即使采用半波整流后加电容滤波,效率也提高了500倍。在相同的纹波输出电压下,采用开关电源时,滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500,1/1000。电路形式灵活多样,有自激式和他激式,有调宽型和调频型,有单端式和双端式等等,设计者可以发挥各种类型电路的特长,设计出能满足不同应用场合的开关电源。 1.2开关电源的发展和趋式 1955年美国罗耶(GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器,是实现高频转换控制电路的开端,1957年美国查赛(Jen Sen)发明了自激式推挽双变压器,,,,,年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想,这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。到了,,,,年由于大功率硅晶体管的耐压提高,二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善,终于做成了,,千赫的开关电源。 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。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的,,,kHz、用,,,,,,,制成的,,,kHz电源,虽已实用化,但其频率有待进一步提高。要提高开关频率,就要减少开关损耗,而要减少开关损耗,就需要有高速开关元器件。然而,开关速度提高后,会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样,不仅会影响周围电子设备,还会大大降低电源本身的可靠性。其中,为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌,可采用R-C或L-C缓冲器,而对由二 4 毕业设计(论文) 极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过,对1MHz以上的高频,要采用谐振电路,以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波,这样既可减少开关损耗,同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃,因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零,而且噪声也小,可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前,世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。 1.3 本论文的设计研究意义 开关电源体积小、效率高,被誉为高效节能电源,现己成为稳压电源的主导产品。当今开关电源正向着集成化、智能化的方向发展。高度集成、功能强大的开关型稳压电源代表着开关电源发展的主流方向。本论文主要围绕当前流行的集成开关电源芯片进行小功率开关型稳压电源特性的研究。 单片开关电源克服了以往开关电源设计中外围元件和辅助电路复杂等问题,有力地促进了开关电源的高效化、模块化和集成化。本文采用TOP224Y研制了一款单片开关电源,论文给出了外围电路各部分的详细设计方法,并进行了参数计算,通过实测结果分析,验证了理论的可行性。具有较强的适用性。 本主要内容如下: 根据开关型稳压电源采用全控型电力电子器件作为开关,利用控制开关的占空比来调整输出电压,具有体积小、重量轻、噪音小,以及可靠性高等新型电源特点,设计并制作出一种额定输出功率为30W的小功率双输出开关电源。 本设计的交流输入电压范围是AC140V,240V,该电源能同时实现输入欠压保护、过压保护等功能。主要采用TOP225Y、PC817、TL431等专用芯片以及其他的电路元件相配合来完成。 5 毕业设计(论文) 第2章 开关电源的分类及原理 2.1 开关电源的分类 开关电源的分类方法有多种。按驱动方式来分可分为自激式和它激式。自激式开关电源由开关管和高频变压器构成正反馈环路来完成自激振荡,它激式开关稳压电源必须附加一个振荡器,振荡器产生的开关脉冲加在开关管上,控制开关管的导通和截止;按开关管的个数及连接方式可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式等。单端式仅用一个开关管,推挽式和半桥式采用两个开关管,全桥式则采用四个开关管;按开关管的连接方式可分为串联型与并联型开关电源。串联型开关电源的开关管是串联在输入电压与输出负载之间的,属于降压式稳压电路,而并联型开关电源的开关管是与输出负载相并联的,属于升压式电路;此外,还可分为隔离与非隔离型,调频、调幅及两者混合型等。 1.单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图2-1所示。当开关管VT1导通时,高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负,整流二极管VD1处于截止状态,副边上没有电流通过,能量储存在高频变压器的初级绕组中。当开关管VT1截止时,变压器T副边上的电压极性颠倒,使初级绕组中存储的能量通过VD1整流和电容C滤波后向负载输出。 图2-1 单端反激式开关电源 6 毕业设计(论文) 单端反激式开关电源电路简单、所用元件少,输出与输入间有电气隔离,能方便的实现单路或多路输出。并且开关管的驱动简单,可通过改变高频变压器的原、副边绕组匝数比使占空比保持在最佳范围内,具有较好的电压调整率。其输出功率为20,100W,工作频率在20,200kHz之间,是开关电源设计中最常用的一种拓扑方式。但是,它也有一定的缺点,如开关管截止期间所受反向电压较高,导通期间流过开关管的峰值电流较大等。不过,这些可以通过选用高耐压、大电流的高速功率器件,在输入和输出端加滤波电路等措施加以解决。 2.单端正激式开关电源 单端正激式开关电源的典型电路如图2-2所示。它与单端反激式电路在形式上相似,但工作情形不同。当开关管VT1导通时, VD2也导通,这时电网向负载传送能量,滤波电感L储存能量:当开关管VT1截止时,电感L通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。 在电路中还设有钳位线圈与二极管VD1,它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。电路中脉冲的占空比不能大于50%。由于这种电路在开关管VT1导通时,通过变压器向负载传送能量,所以输出功率范围大,可输出50,200W的功率。但变压器结构复杂,体积也较大。因此,实际应用并不多。 图2-2 单端正激式开关电源 3.自激式开关稳压电源 自激式开关电源的典型电路如图2-3所示。接入电源后R1给开关管VT1提供启动电流,使VT1导通,其集电极电流Ic在L1中线性增长,在 7 毕业设计(论文) L2中感应出使VT1基极为正,发射极为负的正反馈电压,使VT1很快饱和。同时,感应电压给C1充电。随着C1充电电压的增高,VT1基极电位逐渐变低并退出饱和区,Ic减小,在L2中感应出使VT1基极为负、发射极为正的电压,使VT1迅速截止,这时二极管VD1导通,高频变压器T初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时,L2中没有感应电压,直流供电输入电压又经R1给C1反向充电,逐渐提高VT1基极电位,使其重新导通,再次达到饱和状态,电路就这样重复振荡下去。像单端反激式开关电源那样,由变压器T的次级绕组向负载输出所需的电压。 自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作用,也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态,具有输入和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源,亦适用于小功率电源。 图2-3 自激式开关电源 4.推挽式开关电源 推挽式开关电源的典型电路如图2-4所示。它属于双端式变换电路,使用两个开关管VT1和VT2,在外激励方波信号的控制下交替导通与截止,在变压器T次级绕组得到方波电压,经整流滤波变为所需要的直流电压。 8 毕业设计(论文) 图2-4 推挽式开关电源 这种电路的优点是两个开关管容易驱动,缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大,一般在100,500W范围内。 5.降压式开关电源 降压式开关电源的典型电路如图2-5所示。当开关管VT1导通时,二极管VD1截止,输入的整流电压经VT1和L向C充电,这一电流使电感L中的储能增加。当开关管VT1截止时,电感L感应出左负右正的电压,经负载RL和续流二极管VD1释放电感L中存储的能量,维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。 图2-5 降压式开关电源 6.升压式开关电源 升压式开关电源的稳压电路如图2-6所示。当开关管VT1导通时,电感L储存能量。当开关管VT1截止时,电感L感应出左负右正的电压,该电压叠加在输人电压上,经二极管VD1向负载供电,使输出电压大于输人电压,形成升压式开关电源。 9 毕业设计(论文) 图2-6 升压式开关电源 7.反转式开关电源 反转式开关电源的典型电路如图2-7所示。这种电路又称为升降压式开关电源,无论开关管VT1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压,电路均能正常工作。当开关管VT1导通时,电感L储存能量,二极管VD1截止,负载RL靠电容C上次的充电电荷供电。当开关管VT1截止时,电感L中的电流继续流通,并感应出上负下正的电压,经二极管VD1向负载供电,同时给电容C充电。降压式、升压式、反转式开关电源的高压输出电路与副边输出电路之间没有绝缘隔离,统称为斩波型直流变换器。 图2-7 反转式开关电源 2.2开关电源的基本组成和原理 10 毕业设计(论文) 流滤波电路、功率转换电路、高频变压器、输出整流滤波电路及控制电路部分组成。其中,控制电路又包括取样器、基准电压、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路组成。 开关稳压电源的电路原理框图如图2-8所示: DC AC 输入整功率转高频变输出整 流滤波 换电路 压器 流滤波 脉宽比较取样 调制 器 器 基准电振荡器 压 图2-8 开关电源的原理框图 首先,交流电经输入部分整流电路和滤波电路整流滤波后,变成含有一定脉动成份的直流电。然后,该直流电又通过功率转换电路进人高频变压器被转换成所需的电压值,最后再将这个电压经输出部分整流滤波电路的整流、滤波后变为所需要的直流电供给用电设备。这中间,电源的稳压是靠反馈控制电路(控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例,以达到电压的稳定输出)来实现的。即:输出电流经取样器送至比较器,使之与基准电压电路中的电流相比较,然后由脉宽调制电路根据比较结果来进行脉宽调制,从而控制功率转换电路中相应功率输出的大小,最后实现输出电压的稳定。目前,这部分电路目前己集成化,制成了各种开关电源的专用集成电路。 2.3 PWM的基本工作原理 开关电源有两种基本形式:一种是脉冲宽度调制(PWM)其特点是固 11 毕业设计(论文) 定开关的频率。通过改变脉冲宽度来调节占空比(D);另一种是脉冲频率调制PFM,其特征是固定脉冲宽度,利用改变开关频率的方法来调节占空比。二者的电路不同单作用效果相同,均可达到稳压之目的,都属于时间比率控制方式TRC。 脉宽调制式开关电源的工作原理: 交流220V输入电压经过整流滤波电路变成直流电压,在由开关功率管斩波和高频电压器降压,得到高频矩形波电压,经整流滤波后获得所需要的直流输出电压,脉宽调制器是这类开关电源的核心,它能产生频率固定而脉冲宽度可调的驱动符号,控制开关功率管的通断状态,来调节输出电压的高低达到稳压目的,锯齿波发生器用于提供稳定的时钟频率信号。利用误差放大器和PWM比较器形成闭环调压系统,加入由于某种原因是Vo升高时脉宽调制器就改变驱动信号的脉冲宽度,亦即改变占空比(D),使斩波后的平均值电压下降,导致Vo降低,反之亦然。 脉冲频率调制式开关电源则是用固定脉宽发生电路代替PWM中的锯齿波发生器,并且利用压控振荡器来完成v/f转换。其稳压原理是:当Vo升高时,遥控制器输出驱动信号的脉冲宽度入变窄而周期变短,使得占空比D下降。Vo降低,反之亦然。见图2-9: 12 毕业设计(论文) 图 2-9 脉宽调制式开关电源的工作原理 2.4 TOP Switch?系列及其工作原理 美国功率集成公司(PI公司)在1994年推出第一代TOP Switch芯片,1997年,美国功率集成公司又推出了TOP Switch?系列器件。TOP Switch?系列器件和TOP Switch系列器件相比,内电路作了许多改进,器件对于电路板布局以及输入总线瞬变的敏感性大大减少,故设计更为方便,性能又有了增强,性能价格比更高。与TOP Switch系列器件相比,TOP Switch?系列器件在输入电压为100V、115V或230VAC时,系统功率从(0,100)W提高到(0,150)W,在三种电压下均可工作时,系统的功率从(0,50)W提高到(0,90)W,从而使得TOP Switch?器件可在如电视、监视器以及音频放大器等许多新的应用范围内使用。 13 毕业设计(论文) TOP Switch 主要用于AC/DC 转换器,具有体积小,重量轻,宽输入范围(85V-265V),提供了PI Expert专家系统设计软件,便于用户更快地设计出自已的产品。 采用TOP Switch器件的开关电源与采用分立的MOSFET功率开关及PWM集成控制器的开关电源相比,具有以下特点: 1、成本低廉。使用TOP Switch器件,比用其他开关电源节省很多个 元器件,从而使产品的大小和重量减少;TOP Switch因采用了源极调节板和可控的MOSFET通态驱动,故电磁干扰(EMI)和EMI滤波器的成本可明显降低; 2、系统效率高。TOP Switch系采用CMOS工艺制作,并在芯片中集成了尽可能多的功能,故与采用二极管或分立的功率开关电路相比,偏置电流显著降低;开关电源所需的功能集成于芯片中后,外部的电流传感电阻和初始起动偏压电流的电路均可除去,系统效率大大提高。特别是TOP Switch器件专门针对反激式功率变换电路进行了优化,使最大值占空比可达70%,TOP100,TOP104,TOP200,TOP204/TOP214的效率可达90%,TOP209/TOP210的效率也可超过80%;电源设计简化。 TOP Switch芯片是一个自偏置、自保护的电流--占空比线性控制转换器。通常在控制极和源极之间,紧靠其管脚,并联一个外部旁路电容。电源启动时,连接在漏极和源极之间的内部高压电流源向控制极充电,在RE两端产生压降,经RC滤波后,输入到PWM比较器的同相端,与振荡器产生的锯齿波电压相比较,产生脉宽调制信号并驱动MOSFET管,因而可通过控制极外接的电容充电过程来实现电路的软启动。当控制极电压Uc达到5.7V时,内部高压电流源关闭,此时由反馈控制电流向Uc供电。在正常工作阶段,由外界电路构成电压负反馈控制环,调节输出级MOSFET的占空比以实现稳压。当输出电压升高时,Uc升高,采样电阻RE上的误差电压亦升高。而在与锯齿波比较后,将使输出电压的占空比减小,从而使开关电源的电压减小。当控制极电压低于4.7V时,MOSFET管关闭,控制电路处于小电流等待状态,内部高压电流源重新接通并向Uc充电,其关断/自动复位滞回比较器可使Uc保持在4.7V~5.7V之间。自动重启电路具有一个八分频计数器,可以阻止输出级MOSFET再次导通,直到八个 14 毕业设计(论文) 放电--充电周期完成为止。因此,在自动重启期间,占空比控制在,%左右可有效地限制芯片的功耗。自动重启动电路一直工作到Uc进入受控状态为止。 该电源的稳压原理简述如下:高频变压器初级绕组NP的极性与次级绕组NS、反馈绕组NF的极性相反。在TOPSwitch导通时,次级整流管VD2截止,此时电能以磁能量形式存储在初级绕组中;当TOPSwitch截止时,VD2导通,能量传输给次级。高频变压器在电路中兼有能量存储、隔离输出和电压变换这三大功能。图中,BR为整流桥,CIN为输入端滤波电容,COUT是输出端滤波电容。交流电压经过整流滤波后得到直流高压,经初级绕组加至TOPSwitch的漏极上。在功率MOSFET关断瞬间,高频变压器漏感会产生尖峰电压,另外在初级绕组上还会产生感应电压(即反向电动势)UOR,两者叠加至内部功率开关管MOSFET的漏极上,因此必须在漏极增加钳位保护电路。钳位电路由瞬态电压抑制器或稳压管VDZ1和超快恢复二极管VD1组成。当MOSFET导通时,变压器的初级极性上端为正,下端为负,从而导致VD1截止,因而钳位电路不起作用。在MOSFET截止瞬间,初级极性则变为上负下正,此时尖峰电压就被VDZ1吸收掉。 反馈绕组电压经过VD3、CF整流滤波后获得反馈电压UF,经光耦合器中的光敏三极管给TOPSwitch的控制端提供偏压。CI是控制端C的旁路电容。输出电压Uo通过电阻R1、R2分压,与TL431中的2.5V基准电压进行比较后输出误差电压,然后通过光耦去改变控制端电流。TOPSwitch的占空比D与IC(控制电流)成反比,是通过调节D来稳定输出电压的。比如: 当某种原因使Uo减小,将导致UF减小,Ic减小,进而D增大,又使Uo增大,最终使输出电压趋于稳定,反之亦然。由此可见,反馈电路正是通过调节TOPSwitch的占空比实现稳压的。 15 毕业设计(论文) 第3章 基于TOP225Y开关电源的设计 3.1 设计流程图 设计开始 指标 根据常规的设计选用何种拓扑要求选择一种拓结构, 扑结构 确定半导体器件的型号 黑箱计算 设计变压器导线规格 变压器设计 设计输出电压选择整流器输出滤波器和与滤波电容 整流器 设计驱动电路 功率开关和驱 动电路设计 选择控制方式和控制IC设计 基本功能 控制器设计 设计电压反馈和交叉调整电路 输出反馈设计 设计启动电路和Vcc电路 启动电路设计 根据要求设计过电压过电保护电路设计 流和紧急保护电路 设计接口电路和功能 高层功能设计 设计需要的散热器和热转移热分析和设计 方面的考虑 实验电路和结考虑PCB布置和结构 构设计 测试与设计结测试所有功能 果区别 对设计进行修改 优化设计 EMI/RMI测试 在测试室进行测试 生产准备 16 毕业设计(论文) 在本设计中,由于采用了TOP Switch智能芯片,其本身集成了保护电路、关断电路、自动重启电路等。所以,在设计时可以省去上面的几个环节,只需对其进行好选型。 3.2 技术指标和性能要求 小功率通用开关电源应具备小功率通用开关电源纹波小、电压低、效率高、体积小和重量轻等优点。同时还应实现欠压、过压、过流、过热等电路工作异常时的保护。具体技术指标为如下: 交流输入电压:220V(140V,240V);电网频率:50Hz;开关电源频率:100KHz;输出直流电压Uo:8V(两路),5V(两路),3.6V,-8V,-24V各一路;输出额定电流:2A;额定输出功率:30W;负载调整率SI:-4%,+4%;电源效率H:高于84%;空载功率损耗:低于0.5W(230V时);输出纹波电压:低于120mV。 3.3 TOP225Y的主要性能特点和元件选择 3.3.1 性能特点 TOP225Y 是 TOPSwitch-11 系列中一种最常用的芯片,封装形式为 TO-220 ,自带小散热片,是典型的三端集成器件,三个管脚分别为控制端 C 、源极 S 和漏极 D ,内部功率 MOSFET 器件的耐压值高达 700V ,可设计成 60W 以上仪器仪表的多路隔离式内置控制电源。 TOPSwitch- ?系列产品具有以下特点: (1)将脉宽调制 (PWM) 控制系统的全部功能集成到三端芯片中,内含脉宽调制器、功率开关场效应管 (MOSFET) 、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路,通过高频变压器使输出端与电网完全隔离,真正实现了无工频变压器、隔离式开关电源的单片集成化,使用安全可靠。 (2)采用漏极开路输出,利用控制极反馈电流 IC 线性调节占空比,实现 AC , DC 变换,即属于电流控制型单片开关电源。 (3)输入交流电压和频率的范围极宽。在固定电压输入时, 可选 17 毕业设计(论文) 110V/115V , 230V 交流电,允许变化? 15% :在宽电压范围输入时,适配 85V , 265V 交流电,但输出功率峰值 POM 值比前者降低 40 ,。 (4)只有三个引出端,能以最简单的方式构成无工频变压器的单端反激式开关电源。开关频率的典型值为 1OOkHz ,允许范围是 90kHz , 110kHz ,占空比调节范围是 1.7 ,, 67 ,。 (5)外围电路简单,电磁干扰小,成本低廉。由于芯片本身功耗很低,电源效率可达 80 ,左右,最高可达 90 , 3.3.2 线性光耦合器PC817 光耦合器(Optical Coupler,OC)亦称光电隔离器,简称光耦。普通光耦只能传输数字信号(开关信号)。不适合传输模拟信号,线性光耦是一种新型的光电隔离器件,能够传输连续变化的模拟信号,随着输入信号的强弱变化产生相应的光信号,使光敏晶体管的导通程度不同,从而输出相应的电压或电流。 光耦以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用,所以,它在各种电路中得到广泛的应用。光耦一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。它通常把发光器(发光二极管LED)和受光器(光敏晶体管)封装在同一管壳内,如图3-1所示。当输入端加电信号时,驱动发光二极管(LED)发出光线,照射在受光器上,受光器接受光线后导通,产生光电流,再经过进一步放大后从输出端输出,从而实现了“电-光-电”的转换。 图3-1 PC817内部框图 本设计采用PC817光耦合器的主要优点在于:信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长,传输效率高,可以起到很好的反馈作用。 18 毕业设计(论文) 3.3.3 可调式精密并联稳压器TL431 TL431是由美国德州仪器和摩托罗拉公司生产的2.5,36V可调式精密并联稳压器。其工作电流范围宽,动态电阻低,输出杂波低。最大输入电压为37V,最大工作电流为150mA,内基准电压为2.5V,输出电压范围为2.5,36V。由于TL431具有体积小、基准电压精密可调、输出电流大、价格低廉等优点,所以广泛用于单片精密开关电源或精密线性稳压电源中。 TL431大多采用DIP-8或TO-92封装形式,引脚排列分别如图3-5所示。其中,A为阳极,使用时需接地;K为阴极,需经限流电阻接正电源;UREF是输出电压Uo的设定端,外接电阻分压器;NC为空脚。 TL431的电路图形符号和基本接线如图3-2所示:R3是限流电阻。其稳压原理为:当Uo上升时,取样电压UREF也随之升高,使UREF>Uref(内部2.5V基准电压),比较器输出高电平,使VT(内部晶体管)导通,Uo开始下降。反之,Uo下降会导致UREF下降,从而UREF工程
设计,针对样机实测波形,提出了改进电路设计和性能的方法。该电源已在电磁炉中得到了应用,实际工作中性能稳定,工作可靠。 图3-4 输入直流电压E与漏源电压VDS波形 图3-5 漏源电压与去磁电流is波形 23 毕业设计(论文) 3.6 基于TOP225Y开关电源的的原理图绘制 24 毕业设计(论文) 25 毕业设计(论文) 第4章 总结 4.1 开关电源干扰的产生及其抑制 4.1.1开关电源干扰产生的机理 开关电源的干扰一般分为两大类:一是开关电源内部元器件形成的干扰;二是由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰。两者都涉及到人为因素和自然因素。 1 开关电源内部干扰 开关电源产生的EMI主要是由基本整流器产生的高次谐波电流干扰和功率变换电路产生的尖峰电压干扰。 (1)基本整流器 基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。这是因为工频交流正弦波通过整流后不再是单一频率的电流,而变成一直流分量和一系列频率不同的谐波分量,谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰,使前端电流发生畸变,一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变,另一方面通过电源线产生射频干扰。 (2)功率变换电路 功率变换电路是开关稳压电源的核心,它产带较宽且谐波比较丰富。产生这种脉冲干扰的主要元器件为 a)开关管开关管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容,当开关管流过大的脉冲电流(大体上是矩形波)时,该波形含有许多高频成份;同时,关电源使用的器件参数如开关功率管的存储时间,输出级的大电流,开关整流二极管的反向恢复时间,会造成回路瞬间短路,产生很大短路电流,另外,开关管的负载是高频变压器或储能电感,在开关管导通的瞬间,变压器初级出现很大的涌流,造成尖峰噪声。 b)高频变压器 开关电源中的变压器,用作隔离和变压,但由于漏感的原因,会产生电磁感应噪声;同时,在高频状况下变压器层间的分布电容会将一次侧高次谐波噪声传递给次级,而变压器对外壳的分布电容形成 26 毕业设计(论文) 另一条高频通路,使变压器周围产生的电磁场更容易在其他引线上耦合形成噪声。 c)整流二极管二次侧整流二极管用作高频整流时,由于反向恢复时间的因素,往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除(因载流子的存在,还有电流流过)。一旦这个反向电流恢复时的斜率过大,流过线圈的电感就产生了尖峰电压,在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高频干扰,其频率可达几十MHz。 d)电容、电感器和导线开关电源由于工作在较高频率,会使低频元件特性发生变化,由此产生噪声。 2开关电源外部干扰 开关电源外部干扰可以以“共模”或“差模”方式存在。干扰类型可以从持续期很短的尖峰干扰到完全失电之间进行变化。其中也包括电压变化、频率变化、波形失真、持续噪声或杂波以及瞬变等,电源干扰的类型见表1。 序号 干扰的类型 典型的起因 跌落 雷击重载接通电网电压低下 1 失电 恶劣的气候变压器故障其他原因的故障 2 频率偏移 发电机不稳定区域性电网故障 3 电器噪声 雷达无线电信号转换器和逆变器 4 浪涌 突然减轻负载变压器的抽头不恰当 5 谐波失真 整流开关负载开关型电源 6 瞬变 雷击电源线负载设备切换空载电动机的断开 7 表4-1 开关电源外部干扰 在表1中的几种干扰中,能够通过电源进行传输并造成设备的破坏或影响其工作的主要是电快速瞬变脉冲群和浪涌冲击波,而静电放电等干扰只要电源设备本身不产生停振、输出电压跌落等现象,就不会造成因电源引起的对用电设备的影响。 27 毕业设计(论文) 4.1.2 对于开关电源干扰的一些抑制措施 形成电磁干扰的三要素是骚扰源、传播途径和受扰设备。因而,抑制电磁干扰也应该从这三方面人手,采取适当措施。首先应该抑制骚扰源,直接消除干扰原因;其次是消除骚扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁骚扰源和受扰设备之间的耦合通道。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。 1)采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰,即用电导率良好的材料对电场进行屏蔽,用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。屏蔽有两个目的,一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出,二是防止外来的辐射干扰进入该内部区域。其原理是利用屏蔽体对电磁能量的反射、吸收和引导作用。为了抑制开关电源产生的辐射,电磁骚扰对其他电子设备的影响,可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体,就能对电磁场进行有效的屏蔽。 2)所谓接地,就是在两点间建立传导通路,以便将电子设备或元器件连接到某些叫作“地”的参考点上。接地是开关电源设备抑制电磁干扰的重要方法,电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,当磁力线穿过该环路时将产生磁感应噪声。实际上很难实现“一点接地”,因此,为降低接地阻抗,消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地,利用一个导电平面作为参考地,需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中,应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参考点上。 3)滤波是抑制传导干扰的有效方法,在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。EMI滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元,可以抑制来自电网的干扰对电源本身的侵害,也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。在滤波电路中,还采用很多专用的滤波元件,如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环,它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器,并正确地安装和使用滤波器,是抗干扰技术的重要 28 毕业设计(论文) 组成部分。 4.2 设计的体会与问题总结 设计此类高性价比的开关电源,不仅要掌握各种TOP Switch系列产品的工作原理和应用电路,还必须了解有关通用及特种半导体器件、模拟与数字电路、电磁兼容、热力学等多方面的知识。所以需要查阅大量资料,进行知识的分解与融合,在设计过程当中还需反复修正。 开关电源的设计需要对电子技术有较熟练的掌握。对于开关电源所实现的功能或者目的,需要将其分解为若干个模块,分别弄清它们的原理和功能以及怎么去使用。然后,再将它们连接成为一个系统。 在设计时,重点对基本概念和原理知识作了分析,采取了由部分到整体的设计思路,对涉及的电路单元作了详细分解和原理介绍。先后设计出该开关电源的滤波、整流、反馈等电路及外围电路,并用Protel软件进行了电路图的绘制。通过反复思考有了一定的收获,并取得了开关电源设计的宝贵经验。但是,对于开关电源的元器件计算及选型没有深入涉及。 总之,通过此次设计,熟悉和掌握了Protel绘图软件。另外对电子技术有了新的更高的认识,尤其是对它的实际运用有了较全面的认识。同时,通过翻阅大量的资料,利用各种资源从各个角度对开关电源进行分析等这个过程,提高了自己的自学能力和解决实际问题的能力。对开关电源这一设计过程有了充分的认识,进行了很好的锻炼。但是,作为一门相对独立的学科,运用的知识较多,自己现有的水平还需要进一步提高。 29 毕业设计(论文) 谢 辞 当我以学子的身份踏入大学校门的那天起,便已注定我将在这里度过人生中最美丽的青春年华。提笔写下“谢辞”,我才惊觉自己即将真正离开,人生亦从此展开新的画卷。尽管不舍,却更珍惜,因为我的生命中有那么多可爱的人值得感激。他们使我的大学生活充满了色彩,无论收获、遗憾,对我来说都是一笔宝贵的财富。 感谢我的父母,我的家人。焉得谖草,言树之背,养育之恩,无以回报。你们始终如一的支持和关爱是我人生道路不断前进的强大动力,教我学会坚强、勇敢,使我在磨砺中得到成长。祝你们永远健康快乐,这是我最大的心愿和牵挂。 在此,祝刘老师,以及所有关心我的人和我所关心的人身体健康,工作顺利,心情愉快,幸福平安~ 30 毕业设计(论文) 参考文献 [1] 张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,2001. [2] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第三版)[M]. 北京:高等教育出版社,2001. [3] 蔡惟铮,王立新.基础电子技术.北京:高等教育出版社,2003. [4] 刘胜利.现代高频开关电源实用技术[M](北京:电子工业出版社, 2001. [5] 薛永义,王淑英,何希才.新型电源电路应用实例[M]. 北京:电子工业出版社,2000. [6] 沙占友,王彦朋.单片开关电源最新应用技术[M]. 北京:机械工业出版社,2006. [7] 刘贤兴,李众.新型智能开关电源技术[M].北京:机械工业出版社,2003. [8] 杨兴州.新颖开关稳压电源[M].北京:国防工业出版社,2004. [9] 郑国川,李洪英.实用开关电源技术[M].福州:福建科学技术出版社, 2006. [10] 杨旭,裴文庆,王兆安. 开关电源技术[M]. 北京:机械工业出版社,2006. [11] 杨兴洲,新颖开关稳压电源[M].北京:国防工业出版社,2004. [12] 薛永义,王淑英,何希才.新型电源电路应用实例。北京:电子工 业出版社,2000. [13] 姜培刚,郑巍.Protel99SE原理图与PCB及仿真[M]. 北京:机械工业出版社,2004. 31 毕业设计(论文) 外文资料原文 Regulators Regulators: it is a kind of can automatically adjust the output voltage of power supply circuit or device, its effect is not share fluctuates greatly and electric equipment in the power supply voltage stability requirement, within the scope of its value to various circuit or electrical equipment in the rated voltage can work properly. Regulators have: large decades to hundreds of power voltage is kw supply large laboratory equipment work power. There are several small earthen to several kilowatts of ac regulator, is for small laboratory or household appliances provides high quality power, Initial power voltage is the voltage stability by relays beating. When the voltage regulator, the electric volatility of automatic correction circuit, make interior relay action. Forcing output voltage value in this circuit is near the simple circuit, defect is not high voltage accuracy and each time relay beating will supply power shift occurs once interrupt and the instantaneous sparks interference. The computer equipment and work, easy to cause disturbance computer error signal, serious when still can make the result of a damaged disk. Now the small voltage, high quality carbon brush is used mostly motor, the stability of the method of voltage regulator electrical equipment of the interference is relatively high voltage accuracy. (1) the stabilizer principle By regulating voltage circuit, control circuit and servo motor, etc, when the input voltage or load changes, the control circuit of sampling, comparison, amplification, and then drive to the regulator servo motor rotation, the position of the carbon brush, through the automatic adjustment coil ratio, and maintain the stable output voltage. The large capacity and voltage regulator using the 32 毕业设计(论文) principles work. (2) voltage product classification According to the working state of adjustment tube, often manostat into two categories: linear manostat and switching power supply. In addition, there is a use of small power supply voltage regulator, switch. Switching voltage regulators, repeated use of output level switch "open" and "off" condition, and energy storage components (capacitor and sensor) produce output voltage. It is through the adjustment according to the output voltage feedback samples to adjust to switch regularly. In a fixed frequency stabilizer, through adjusting the switching voltage pulse width to adjust the switching time, this is the so-called PWM control. In the door or pulse oscillator model stabilizer, switch pulse width and frequency constant, but output switch "open" or "off" by feedback control. According to the switch and energy storage components, the arrangement of the output voltage can be more or less than the input voltage, and can use a multiple output voltage regulator. In most cases, the same input voltage and pulse output voltage, (step-down) switching voltage regulators than linear regulators conversion power efficiency is higher. Compensating - precision exchange compensating voltage stabilizer (single-phase and three-phase kVA 0.5, 1.5 kVA transformer, compensation and above), there are 110V output. LDO is a linear regulators. The use of linear regulators in linear area of transistors or FET, running from the input voltage applied in excess of voltage, minus through adjusting the output voltage. So-called pressure drop, refers to the voltage regulator will maintain its output voltage rating 100mV fluctuation in the input voltage and within the required minimum value of output voltage difference. Is the output voltage regulator LDO (low pressure drop) often use power transistors (also called transmission equipment) as a PNP. This kind of transistors allow saturated, so the regulator can have a very low pressure drop, usually for 200mV voltage, Compared with the use of composite power transistor, the traditional NPN linear regulators pressure drop for 2V. Negative 33 毕业设计(论文) LDO output as its transmission using NPN transistors, its operation mode and equipment are similar to the PNP device LDO output. Update of development, it is used for power transistor could provide the lowest pressure drop voltage. Using CMOS, through the voltage regulator pressure drop is power equipment load current ON resistance. If the load is lesser, this way of pressure drop dozens of millivolt. (3) voltage main technical parameters Project single-phase three-phase (three-phase four-wire mode, points). Input voltage regulator 160V ~ 250V phase voltage range for 160V~ 250V. For 280V ~ 430V line voltage. Voltage output voltage 220V or 110V phase voltage 220V line voltage 380V. Regulators 246V ? 4V overvoltage protection value 246V phase voltage 4V ? (phase voltage). 426V voltages Steady pressure regulator pure degree ? 3% (4) stabilizer selection method 1, the capacity of safety coefficient Ac voltage stabilizer based on output power (nai) for nominal kVA ratings, normally not pure resistive load of power factor, which indicates ,COS, stabilizer actually can output the active power (kW = capacity kVA ,COS) x. So in practice according to the model selection of electrical equipment and power factor and rated power load type concrete circumstance reasonable selection, the power output voltage power supply should leave appropriate allowance, especially the badly-impactive loads to larger sized allowance, specific type safety coefficient table saw. Load property equipment type selection manostat capacity safety coefficient. Pure resistance loaded incandescent lamp, electric equipment, electric 34 毕业设计(论文) resistance 125 ~ 1.5 125 ~ 1.5 times the total power load. Perceptual, fluorescent lamps and lanterns, capacitive load motor, water pump, fan, air conditioning, computer, refrigerators, 2 ~ 3 p 2 ~ 3 times the total power load. Big inductive, capacitive load (such as electric motors, computer) environment, should be considered when the load selection (especially large starting current rated current of 5 ~ 8 times), so choose stabilizer capacity should be load power 2.5-3 times. Such as: three-phase 2.2 kW, 5.5 kW, one chooses stabilizer, capacity experiment.it (2.2 kW + 5.5 kW) x 2.5 = 19.25 kVA, namely, at least to choose three-phase SJW - 20 kVA above product stabilizer. 2 The compensating voltage power output capacity curve The type of single-phase stabilizer (0.5 ~ 3kVA kVA 10k, horizontal and below, and below) 9kVA three-phase voltages below 198V phase when the input and output capacity began to decline, 160V equals input phase voltage regulator, down to the rated capacity of 50%. So in the low voltage particular attention to reduce load drop frontal use, lest make the stabilizer overload burned. The regulator can output 220V type two kinds of voltage and 110V. But even if all the output voltage by 110V with load cannot exceed 50%, or it is the capacity of overload. (5) voltage range Stabilizer can be widely applied to industrial and mining enterprises, oilfield,, railway, construction site, schools, hospitals, telecommunications, hotels, scientific research departments of electronic computers, precision machine tools, computed tomography (CT) scan, precision instrument, test equipment, lighting, elevator imported equipment and production line needs power the voltage stability. Also suitable for low or high voltage and low voltage distribution network fluctuation of big changes in the end user and load of electric equipment, especially suitable for all of the high voltage 35 毕业设计(论文) electricity requirement waveform. High power voltage compensation can receive fire, hydraulic, small generators. (6) The technical parameters A. the input voltage regulator has A range. IEC standard for input voltage rating in the range of ? 10. More automatically sound-light alarm output voltage stability and not required in scope. B. Output voltage regulation is caused by changes in the input voltage output changes, when the effect of load rating, according to the input voltage source voltage range to rise by ratings to limit and to limit, maximum output voltage measurement of changes (?). This value is measured to 55x55mm are the important index of ac regulator performance. C. Load regulation: is caused by changes in the load variation of output. Change the load current output voltage, measure the size of the variation (?). This value to 55x55mm are measured, and also is an important index of ac regulator performance. D. Output voltages relative harmonic content (also called output voltage distortion degree), usually expressed in THD, total harmonic content is effective and the wave RMS, rated load than when the input voltage, the distortion degree (usually meet datum condition should be less than 3), the input voltage for the lowest rating, and high output voltage measurement attributes, the distortion degree. This value to 55x55mm are. E: The efficiency is the active power output and input of active power P0 than (Pi) the percentage. F. load power factor Regulators are using voltammetry capacity (VA) or KVA KVA (value), load in pure resistive loads, and perceptual and capacitive load, in addition to the active power load, and reactive power. The pointer reflects the interfluent stable power supply with perceptual and capacitive loads. General ac voltage stabilizer, cos φ for load power factor 0.8, when the product is 1KVA, output power dispatch (namely the ability of load band-stop 36 毕业设计(论文) 800W maximum) if products with 1KW said (cos φ still 0.8), the active power output, the output of 1KW power S = 10/0.8 = 1250VA. Load power factor, says a numerical power equipment adapt electrical resistance strong ability to load. G. AC stabilizer parameters and output power, input frequency, source frequency effect, random error (time drift), no-load power input, source power factor (this value and load power factor, the bigger the better hope is different, the 1), relative to the source current harmonic content, audio noise etc, 3-phase ac voltage stabilizer, still not balanced three-phase output voltage, etc. Of the definition and the pointer may refer to the related standard test method. 37 毕业设计(论文) 外文资料译文 稳压器 稳压器:它是一种能自动调整输出电压的供电电路或供电设备,其作用是将波动较大和不合用电器设备要求的电源电压稳定在它的设定值范围内,使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。 稳压器有:大型的几十至几百千瓦的电力稳压器,是供给大型实验设备的工作电源。也有小型的几瓦到几千瓦的交流稳压器,是为小型实验室或家庭电器提供高质量电源, 最初的电力稳压器是靠继电器的跳动稳定电压的。当电网电压出现波动时,电力稳压器的自动纠正电路启动,使内部继电器动作。迫使输出电压保持在设定值附近,这种电路优点是电路简单,缺点是稳压精度不高并且每一次继电器跳动换挡,都会使供电电源发生一次瞬时的中断并产生火花干扰。 这对电脑设备的读写工作干扰很大,容易造成电脑出现错误信号,严重时还会使硬盘损坏。 现在高质量的小型稳压器,大多采用电机拖动碳刷的方法稳定电压,这种稳压器对电器设备产生的干扰很小稳压精度相对较高。 (1)稳压器工作原理 稳压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成,当输入电压或负载变化时,控制电路进行取样、比较、放大,然后驱动伺服电机转动,使调压器碳刷的位置改变,通过自动调整线圈匝数比,从而保持输出电压的稳定。容量较大的稳压器,还采用电压补偿的原理工作。(2)稳压器产品分类 根据调整管的工作状态,常把稳压电源分成两类:线性稳压电源和开关稳压电源。此外,还有一种使用稳压管的小电源:开关稳压器 。开关稳压器使用输出级,重复切换“开”和“关”状态,与能量存贮部件(电容器和感应器)一起产生输出电压。它的调整是通过根据输出电压的反馈样本来调整切换定时来实现的。在固定频率的稳压器中,通过调节开关电压的脉冲宽度来调节切换定时,这就是所谓的 PWM 控 38 毕业设计(论文) 制。在门控振荡器或脉冲模式稳压器中,开关脉冲的宽度和频率保持恒定,但是,输出开关的“开”或“关”由反馈控制。 根据开关和能量存贮部件的排列,产生的输出电压可以大于或小于输入电压,并且可以用一个稳压器产生多个输出电压。在大多数情况下,在同样的输入电压和输出电压要求下,脉冲(降压)开关稳压器比线性稳压器转换电源的效率更高。补偿式---高精度交流补偿式稳压电源(单相0.5kVA及以上,三相1.5kVA及以上)有补偿变压器,有110V输出。 LDO 是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的 LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为PNP。这种晶体管允许饱和,所以稳压器可以有一个非常低的压降电压,通常为 200mV 左右;与之相比,使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备,其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。 更新的发展使用COMS功率晶体管,它能够提供最低的压降电压。使用 CMOS,通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON电阻造成的。如果负载较小,这种方式产生的压降只有几十毫伏。 (3)稳压器主要技术参数 项目单相三相(三相四线制,分调式) 稳压器输入电压范围 160V,250V 相电压为160V , 250V 线电压为280V , 430V 稳压器输出电压 220V或110V 相电压220V线电压380V 稳压器过电压保护值 246V?4V 相电压246V?4V(以相电压为准) 线电压426V 稳压器稳 压 精 度 ?3% (4)稳压器选型方法 1、容量安全系数 39 毕业设计(论文) 交流稳压电源是以输出视在功率(kVA)为标称额定容量,而一般情况下负载都不是纯电阻性的,即功率因数COS,?1,稳压器实际能输出的有功功率kW=容量(kVA)×COS,。所以在实际选型时要按用电设备的额定功率、功率因数和负载类型等具体情况来合理选择稳压电源,其输出功率应留有适当余量,特别是冲击性负载选型时余量要更大,具体选型安全系数见下: 负载性质 设备类型 安全系数 选择稳压电源容量 纯阻性负载 白炽灯、电阻丝、电炉等设备 1.25~1.5 1.25~1.5倍负载总功率 感性、容性负载 荧光灯具、风机、电动机、水泵、空调、电脑、电冰箱等 2~3?2~3倍负载总功率 大电感性、电容性负载(如电动机、电脑)环境下,选型时应考虑负载的起动电流特别大(达额定电流的5~8倍),所以选择稳压器容量时应是负载功率的2.5~3倍。 如:三相电机2.2kW 1台,5.5 kW 1台,选用稳压器时,容量?(2.2kW+5.5 kW)×2.5=19.25 kVA,即至少要选用三相SJW-20 kVA以上产品的稳压器。 2、非补偿式稳压电源输出容量曲线 自耦式稳压器(单相0.5kVA~3kVA、10k卧式及以下,三相9kVA及以下)当输入相电压低于198V时,输出容量就开始下降;输入相电压等于160V时,下降到稳压器额定容量的50%。所以在电源电压的低端特别要注意减轻负载降额使用,以免使稳压器过载烧毁。 自耦式稳压器能够同时输出220V和110V两种电压。但即使是全部由110V输出时,稳压器所带负载也不能超过额定容量的50%,否则就是过载使用。 (5)稳压器适用范围 ,稳压器可广泛应用于:工矿企业、油田、铁路、建筑工地、学校、医院、邮电、宾馆、科研等部门的电子计算机、精密机床、计算机断层扫描摄影(CT)、精密仪器、试验装置、电梯照明、进口设备及生 ,产流水线等需要电源稳定电压的场所。也适应于电源电压过低或过 40 毕业设计(论文) 高、波动幅度大的低压配电网末端的用户及负载变动大的用电设备,特别适用于一切对电网波形要求高的稳压用电场所。大功率补偿式电力稳压器可接火力、水力、小型发电机。 (6)稳压器的技术参数 A.稳压器有一个输入电压适应范围。IEC为输入电压在额定值的?10范围内变化.超出范围即自动声光报警且不能使输出电压稳定在要求范围内. B.输出电压调整率,是输入电压的变化而引起输出量变化的效应,当负载为额定值时,将输入电压按源电压范围由额定值向上调到上限值和往下限值,测量输出电压的最大变化量(?)。此值越小越好,是衡量交流稳压器性能的重要指标。 C.负载调整率:是负载的变化引起输出量变化的效应。改变负载电流大小,测量输出电压的变化量(?)。此值越小越好,也是衡量交流稳压器性能的重要指标。 D.输出电压相对谐波含量(亦称输出电压失真度), 通常用THD表示,是谐波含量的总有效值与基波有效值之比,当负载为额定值)输入电压失真度满足基准条件时(一般应小于3),在输入电压为最低值)额定值和最高值时测量输出电压失真度,取其最大者.此值越小越好。 E.效率:是输出的有功功率P0与输入的有功功率Pi之比(百分数)。 F.负载功率因素 稳压器容量都用伏安(VA)或千伏安(KVA)值表示,是负载中除纯电阻性负载外,还有感性和容性负载,即负载中除有功功率外,还有无功功率。这个指针反映了交流稳压电源带感性及容性负载的能力。 一般交流稳压电源,负载功率因素cosφ为0.8,当产品为1KVA时,输出的有功功率(即带阻性负载的能力)最大为800W.如果产品用1KW表示时(cosφ仍为0.8),可输出有功功率1KW,这时可输出的功率S=1000/0.8=1250VA。负载功率因素数值较小时,表示电源设备适应电抗性负载的能力较强。 G.交流稳压器的参数还有输出功率)输入频率)源频率效应)随机偏差(时间漂移))空载输入功率)源功率因素(此值与负载功率因素 41 毕业设计(论文) 不同,希望越大越好,最大为1))源电流相对谐波含量)音频噪声等项,三相交流稳压电源,还有三相输出电压不平衡度等,这些指针的定义及测试方法可参考有关标准。 42
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