開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、學(xué) 號(hào)： 課 程 設(shè) 計(jì)題 目開關(guān)電源設(shè)計(jì)學(xué) 院自動(dòng)化專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師朱國(guó)榮年月日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化班 指導(dǎo)教師： 朱國(guó)榮 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 開關(guān)電源設(shè)計(jì)初始條件：輸入交流電源：?jiǎn)蜗?20V，頻率50Hz。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、輸出兩路直流電壓：12V，5V。2、直流最大輸出電流1A。3、完成總電路設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)。時(shí)間安排：課程設(shè)計(jì)時(shí)間為兩周，將其分為三個(gè)階段。第一階段：復(fù)習(xí)有關(guān)知識(shí)，閱讀課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，搞懂原理，并準(zhǔn)備收集設(shè)計(jì)資料，此階段約占總時(shí)間的20%。第二階段：根據(jù)

2、設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)要求選擇方案，設(shè)計(jì)計(jì)算。第三階段：完成設(shè)計(jì)和文檔整理，約占總時(shí)間的40%。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 目錄摘要21方案設(shè)計(jì)31.1設(shè)計(jì)要求31.2設(shè)計(jì)方案32部分電路設(shè)計(jì)42.1電源變壓器單元電路的設(shè)計(jì)42.2 整流單元電路的設(shè)計(jì)42.3濾波單元電路的設(shè)計(jì)62.4穩(wěn)壓器單元電路的選擇62.5整體電路的參數(shù)確定72.5.1輸入電壓:72.5.2濾波部分72.5.3穩(wěn)壓部分72.5.4其他部分82.6整體電路設(shè)計(jì)圖8結(jié)束語(yǔ)9參考文獻(xiàn)10 摘要開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由

3、脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成4。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 電力電子 PW

4、M MOSFET1方案設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求初始條件：輸入交流電源：?jiǎn)蜗?20V，頻率50Hz。要求完成的主要任務(wù): 1、輸出兩路直流電壓：12V，5V。2、直流最大輸出電流1A。3、完成總電路設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)。1.2設(shè)計(jì)方案 要得到12V(5V)、1A的直流穩(wěn)壓電源，首先應(yīng)使用變壓器，將220V的電壓降到合適的值。再通過整流電路將正弦波變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓。再通過濾波及穩(wěn)壓電路，將整流過后的電壓進(jìn)行濾波穩(wěn)壓，最終得到滿足要求的直流電源，通過接上負(fù)載電阻滿足輸出電流為1A的要求。濾波電容C的容量比較大，對(duì)于引入的各種高頻干擾的抑制能力很差。所以在電容C旁并聯(lián)小容量電容器C1、C2，來(lái)抑制高頻干擾。另外

5、，穩(wěn)壓器由于分布參數(shù)的影響，有可能產(chǎn)生自激。輸出端接入電容器C3、C4、C5、C6，是為了改善瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性和減小高頻輸出阻抗。整理電路變壓器交流電源負(fù)載穩(wěn)壓電路濾波電路 圖1.1 開關(guān)電源流程圖2部分電路設(shè)計(jì)2.1電源變壓器單元電路的設(shè)計(jì)源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓。電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁元件，在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)傳送功率的大小，電源變壓器可以分為幾檔：10kVA以上為大功率，10kVA0.5kVA為中功率，0.5kVA25VA為小功率，25VA以下為微功率。 圖2.

6、1電源變壓器電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁元件，在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。2.2 整流單元電路的設(shè)計(jì) 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功率（1kW以下）整流電路中，常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路3。 圖2.2 單相橋式整流電路 圖2.3 單相橋式整流電路電壓、電流波形橋式整流電路的工作原理如下：正半周時(shí)，對(duì)D1、D3加正向電壓，Dl、D3導(dǎo)通；對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、D1、Rfz 、D3通電回路，在Rfz 上形成上正下負(fù)的半波整流電壓，負(fù)半

7、周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對(duì)D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2、Rfz 、D4通電回路，同樣在Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。 如此重復(fù)下去，便得到全波整流電壓。因此，與全波整流一樣，在一個(gè)周期內(nèi)的正負(fù)半周都有電流流過負(fù)載，而且始終是同一方向。2.3濾波單元電路的設(shè)計(jì)濾波電路作用是盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑2。濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。 圖2.

8、4 C型濾波電路常用的濾波電路有無(wú)源濾波和有源濾波兩大類1。若濾波電路元件僅由無(wú)源元件（電阻、電容、電感）組成，則稱為無(wú)源濾波電路。無(wú)源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波(包括倒L型、LC濾波、LC型濾波和RC型濾波等)。若濾波電路不僅由無(wú)源元件，還由有源元件（雙極型管、單極型管、集成運(yùn)放）組成，則稱為有源濾波電路。2.4穩(wěn)壓器單元電路的選擇W7812為三端固定正12V輸入的集成穩(wěn)壓器。7812主要參數(shù)有：輸出直流電壓 U012V，輸出電流 L:0.1A，M:0.5A，電壓調(diào)整率 10mV/V，輸出電阻 R00.15，輸入電壓UI的范圍1517V 。因?yàn)橐话鉛I要比 U0大35V ，

9、才能保證集成穩(wěn)壓器工作在線性區(qū)。 圖2.5 三端穩(wěn)壓器7812引腳圖及外形圖2.5整體電路的參數(shù)確定2.5.1輸入電壓:U2太低則穩(wěn)壓器性能將受影響，甚至不能正常工作；U2太高則穩(wěn)壓器功耗增大，會(huì)導(dǎo)致電源效率下降，使最大輸出電流有所降低。所以U2的選擇原則是：在滿足穩(wěn)壓器正常工作的前提下，U2越小越好。由任務(wù)書技術(shù)指標(biāo)要求可確定U2的值，取變壓器輸出的U2=16V顯然采用整流橋，設(shè)計(jì)要求中要求最大輸出IL為1A 于是：最大允許流經(jīng)每個(gè)二極管的 ID = 0.5 IL = 0.5 *1000 = 500 mA而每個(gè)二極管所承受的最大反向電壓為：VRM = = 22.63 v負(fù)載電壓vL的平均值為

10、： VL = = 0.9V2 （2.3.2）直流電流為： IL = （2.3.3）整流元件參數(shù)的計(jì)算：在橋式整流電路中，二級(jí)管是兩兩輪流導(dǎo)通，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的電流為： ID = 0.5IL = 2.5.2濾波部分：濾波電容C可由下式估算： C = 2.5.3穩(wěn)壓部分：穩(wěn)壓部分采用集成穩(wěn)壓器W7812，最大輸出電流Io 1.5 A，最大耗散。2.5.4其他部分 為了防止自激振蕩，在穩(wěn)壓器的輸入端并聯(lián)了一個(gè)大小為0.33uf的電容。 為了消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態(tài)特性，輸出端接了一個(gè)1uf的電容。2.6整體電路設(shè)計(jì)圖 直流電源的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相

11、差較大，因而需要通過電源變壓器降壓。再通過整流電路將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓。為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下是可以將交流分量全部濾掉，但是因?yàn)槭茇?fù)載影響，加之濾波電路并不能達(dá)到理想效果。還需要加入穩(wěn)壓電路，使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響。 圖2.6 總電路圖結(jié)束語(yǔ)隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，電力電子技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)中占據(jù)著非常重要的地位，電力電子技術(shù)在生活中無(wú)處不在。而作為一名自動(dòng)化的學(xué)生掌握電力電子技術(shù)十分重要。通過本次課程設(shè)計(jì)，我鞏固和加深所學(xué)電力電子基本理論知識(shí)。能綜合運(yùn)用相關(guān)關(guān)課程的基本知識(shí)，培養(yǎng)了我的獨(dú)立思考

12、能力，認(rèn)識(shí)到了查閱和占有技術(shù)資料的重要性，了解了專業(yè)工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、思路、以及具體的方法和步驟，掌握了專業(yè)課程設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)計(jì)算、軟件編制，硬件設(shè)計(jì)及整體調(diào)試，還有等等。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中我遇到了各種各樣的問題，也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足之處，在解決這些問題的過程中我也慢慢在改正自己的缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)點(diǎn)，鍛煉了自己的能力。總之，通過本次電力電子的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到了很多東西，為以后參加工作打下了良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1王兆安.電力電子技術(shù)（第五版）.機(jī)械工業(yè)出版社.20092曹豐文.電力電子技術(shù)基礎(chǔ).中國(guó)電力出版社.20073唐建新.電力電子技術(shù)試驗(yàn)教程.機(jī)械工業(yè)出版社.20074沙占友.開關(guān)穩(wěn)壓器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真軟件的應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.2008年本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓 名 性 別 男專業(yè)、班級(jí) 自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化班課程設(shè)計(jì)題目：開關(guān)電源設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄：1在電容C旁并聯(lián)一只小容量電容器的作用？答：濾波電容C的容量比較大，本身就存在著較大的等效電感，因此對(duì)于引入的各種高頻干擾的抑制能力很差。為了解決這個(gè)問題， 在電容C旁并聯(lián)一只小容量電容器C1、C2，就可有效地抑制高頻干擾。2輸出端接入電容器的作用？答：穩(wěn)壓器在開環(huán)增益較高、負(fù)載較重的狀態(tài)下時(shí)，由于分布參數(shù)的影響，有可能產(chǎn)生自激，C1、C2則兼有抑制高頻振蕩的作用。輸出端接入電容器C3、