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电源控制电路特性研究

发布时间:2022-09-29 17:06:20

1. 双路电源自动切换开关控制电路还存在的问题

现在的双电源,末端型的,切换都是比较稳定的,想要提高性能的话,一个可以从继电器的选择上入手,还有,就是电动机的性能,包括转速的稳定性和带负载的能力,还有就是转换机构方面,现在,有的是用凸轮+连杆,有的用齿轮;
至于,真正存在问题的,还是智能型的,切换时,容易出现乱跳现象,一方面是单片机的程序存在问题,另一方面是电网电压不稳定造成的冲击,毕竟市面上的双电源,对浪涌实验的通过率不高,一般能打两次左右。
还有,你可以加控制器的功能,现在已经有了合闸指示,消防脱扣,发电机启动等,你可以考虑加个数据接口,和PC机连接,实现远程遥控。
如果想从分断能力上考虑也是可以的,增加PC级二段式的容量,转换时间的缩短等。
不过,就毕业设计来说,我觉得,你只要能弄出个双电源的电气原理图和机械原理图就可以顺利毕业了的。

2. 开关电源设计 文献综述怎么写

开关电源是采用,

ATX电源电路结构较复杂,各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透,且各电路参数设置非常严格,稍有不当则电路不能正常工作。其主电路原理图见图1,从图中可以看出,整个电路可以分成两大部分:一部分为从电源输入到开关变压器T1之前的电路(包括辅助电源的原边电路),该部分电路和交流220V电压直接相连,触及会受到电击,称为高压侧电路;另一部分为开关变压器T1以后的电路,不和交流220V直接相连,称为低压侧电路。二者通过C03、C04、C05高压瓷片电容构成回路,以消除静电干扰。其原理方框图见图2,从图中可以看出整机电路由交流输入回路、整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、PWM脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路、输出电路和PW-OK信号形成电路组成。弄清各部分电路的工作原理及相互关系对我们维修判断故障是很有用处的,下面简单介绍一下各组成部分的工作原理。

1、交流输入回路

交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。输入保护电路指交流输入回路中的过流、过压保护及限流电路;抗干扰电路有两方面的作用:一是指微机电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力:二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对微机本身的干扰。通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强,通过电网对其它微机等设备的干扰要小。

2、整流电路:

包括整流和滤波两部分电路,将交流电源进行整流滤波,为开关推挽电路提供纹波较小的直流电压。

3、辅助电源:辅助电源本身也是一个完整的开关电源。只要ATX电源一上电,辅助电源便开始工作,输出的两路电压,一路为+5VSB电源,该输出连接到ATX主板的“电源监控部件”,作为它的工作电压,使操作系统可以直接对电源进行管理。通过此功能,实现远程开机,完成电脑唤醒功能;另一路输出电压为保护电路、控制电路等电路供电。

4、推挽开关电路:

推挽开关电路是ATX开关电源的主要部分,它把直流电压变换成高频交流电压,并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。推挽开关管是该部分电路的核心元件,受脉宽调制电路输送的信号作激励驱动信号,当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时,推挽开关管因基级无驱动脉冲故不工作,电路处于关闭状态,这种工作方式称作它激工作方式。

5、PWM脉宽调制电路:

PWM(Pules Width Molation)即脉宽调制电路,其功能是检测输出直流电压,与基准电压比较,进行放大,控制振荡器的脉冲宽度,从而控制推挽开关电路以保持输出电压的稳定,主要由IC TL494及周围元件组成。

6、PS-ON控制电路:

ATX电源最主要的特点就是,它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作,而是采用“+5VSB、PS-ON”的组合来实现电源的开启和关闭,只要控制“PS-ON”信号电平的变化,就能控制电源的开启和关闭。电源中的S-ON控制电路接受PS-ON 信号的控制,当“PS-ON”小于1V伏时开启电源,大于4.5伏时关闭电源。主机箱面上的触发按钮开关(非锁定开关)控制主板的“电源监控部件”的输出状态,同时也可用程序来控制“电源监控件”的输出,如在WIN9X平台下,发出关机指令,使“PS-ON”变为+5V,ATX电源就自动关闭。

7、保护电路
为了保证安全工作,ATX电源中设置了各种各样的保护电路,当开关电源发生过电压、过电流故障时,保护电路启动,开关电源停止工作以保护负载和电源本身。

8、输出电路:

输入整流滤波电路将交流电源进行整流滤波,为主变换电路提供纹波较小的直流电压。接插到主板上的排线包含了电源输出的各路电压及控制信号,ATX电源输出排线各脚定义见表1,各路输出的额定电流见表2。

表1 电源输出排线功能一览表

Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
导线颜色 橘黄 橘黄 黑色 红色 黑色 红色 黑色 灰色 紫色 黄色
功能 3.3V 提供 +3.3V 电源
3.3V 提供 +3.3V 电源 地线 5V 提供+5V电源 地线 5V 提供 +5V 电源 地线 Power OK电源正常工作 +5VSB 提供 +5V Stand by电源,供电源启动电路用
12V 提供 +12V 电源
Pin 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
导线颜色 橘黄 兰色 黑色 绿色 黑色 黑色 黑色 白色 红色 红色
功能 3.3V 提供 +3.3V 电源 -12V 提供 -12V 电源
地线 PS-ON 电源启动信号,低电平-电源开启,高电平-电源关闭
地线 地线 地线 -5V 提供-5V 电源 5V 提供 +5V 电源 5V 提供 +5V 电源

表2 ATX电源各路电压的额定输出电流:(单位:A)

电源各输出端 +5V +12V +3.3V -5V -12V +5VSB
额定输出电流 21A 6A 14A 0.3A 0.8A 0.8A

9、PW-OK信号的形成:

PW-OK信号(在AT电源中及部分电源板上称P.G信号)为微机开机自检启动信号,为了防止开机时各路输出电路时序不定,CPU或各部件未进入初始化状态造成工作错误及突然停电时,硬盘磁头来不及移至着陆区造成盘片划伤,微机电源中均设置了PW-OK 信号。

10、+3.3V电压二次稳压电路:
输出到主板上的+3.3V电压一般为CPU等配件供电,因此,ATX电源在总体自动控制稳压的基础上,在T1的次级+3.3V电压的输出负载网络增设了二次自动稳压控制电路,以使+3.3V输出电压更精确稳定。

纵上所述,接通电源后,220V交流电压经整流滤波电路,输出+300V 直流高压。此电压同时加到推挽开关电路和辅助电源上,因推挽开关电路的开关功率管没有激励脉冲而处于待机状态。辅助电源一经得到工作电压便开始工作,送出脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路的工作电压以及主板的+5VSB待机电压,但因此时没有得到PS-ON主机的控制信号,PS-ON控制电路输出高电平锁住PWM脉宽调制电路使其不起振,此时电源处于待机状态。按下面板的开机触发开关,PS-ON控制电路得到控制信号,解除对脉宽调制电路的锁定,PWM电路开始工作,输出受控的脉宽可变的交流脉冲推动推挽开关电路中的推挽功率管,并时刻根据输出电压的脉动来调整脉冲宽度,以保证输出电压的稳定。推挽开关电路中,推挽功率管依次开关,产生的脉动交变电压被开关变压器感应到副级,经输出电路整流滤波,形成主机所需各路电压。保护电路则监视各路输出电压,当发生过压、欠压故障时及时启动,使PWM电路停止工作,以保证电路及主机的安全。

精密电压基准IC TL431

精密电压基准IC TL431是T0—92封装如图1所示。其性能是输出压连续可调达36V,工作电流范围宽达0.1。100mA,动态电阻典型值为0.22欧,输出杂波低。图2是TL431的典型应用,其中③、②脚两端输出电压V=2.5(R2十R3)V/R3。如果改变R2的阻值大小,就可以改变输出基准电压大小。

ATX电源的结构特点

ATX电源是近年来在电脑中广泛采用的新型电源,它配合ATX主板,除了可以手动开关电源外,还支持软件开 关电源以实现远程控制功能。

ATX电源是在AT电源的基础上发展起来的,它的主变换电路也是采用了半桥式开关电源,但从结构上讲ATX电源作了如下改进:

1.ATX电源增加了一个辅助开关电源,如图所示。当ATX电源交流输入端一旦有220V的交流电时,辅助电源就开始工作,一路经整流 7805三端稳压器稳压,输出+5V电压供给ATX主板内部一部分在关机状态下要保持工作的芯片,如网络通信接口 电源监控单元 系统时钟等部分芯片使用;另一路经整流滤波,输出辅助+12V电源,供给ATX电源内部TL494等芯片工作,为ATX电源主变换电路的启动作准备。

2. 综合供电接插件接口不同。ATX电源采用了20脚长方型双排综合插件向主板供电。

3.输出电压不同。ATX电源增加了3.3V +5V供电和一个PS-ON控制输入端口,其中3.3V电压主要为CPU PCI总线供电。

4.电源的启动方式不同,ATX电源一般不设市电开关,而采用TL494脉宽控制芯片和LM339比较放大器作为其控制的核心。其特点是引用TL494第4脚的死区控制功能,当辅助电源工作时,一路输出+5V到主板,另一路输出+12V供给TL494电源,经过该芯片内部稳压电路,由14脚输出+5V,并和13 15脚相接,再经分压电路到LM339电压比较器的反向端,其反向端电压约为4.5V.当PS-ON为+5V时,LM339输出为高电平5V,TL494的8 11脚无输出脉冲,主变换电路截止,电源处于休眠状态。当PS-ON为0V时,输出为0V,TL494的8 11脚有输出脉冲,主变换电路开始工作。因此,我们不仅可以手动按下主机上的触发按钮开关使PS-ON为低电平启动电源,还可以通过程序或键盘等其他方式使PS-ON为低电平启动电源,从而使ATX电源具有远程控制功能。

使用时应注意,当你长时间不用或打雷时应将电源拨出,以防烧坏,
而且要防尘,如果尘多了,散热就会减退,也会使其烧坏

3. 开关稳压电源设计,大家给我出个主意,高分奖励

引言
众所周知,任何闭环系统在增益为单位增益l,且内部随频率变化的相移为360°时,该闭环控制系统都会存在不稳定的可能性。因此几乎所有的开关电源都有一个闭环反馈控制系统,从而能获得较好的性能。在负反馈系统中,控制放大器的连接方式有意地引入了180°相移,如果反馈的相位保持在180°以内,那么控制环路将总是稳定的。当然,在现实中这种情况是不会存在的,由于各种各样的开关延时和电抗引入了额外的相移,如果不采用适合的环路补偿,这类相移同样会导致开关电源的不稳定。

1 稳定性指标
衡量开关电源稳定性的指标是相位裕度和增益裕度。相位裕度是指:增益降到0dB时所对应的相位。增益裕度是指:相位为零时所对应的增益大小(实际是衰减)。在实际设计开关电源时,只在设计反激变换器时才考虑增益裕度,设计其它变换器时,一般不使用增益裕度。

在开关电源设计中,相位裕度有两个相互独立作用:一是可以阻尼变换器在负载阶跃变化时出现的动态过程;另一个作用是当元器件参数发生变化时,仍然可以保证系统稳定。相位裕度只能用来保证“小信号稳定”。在负载阶跃变化时,电源不可避免要进入“大信号稳定”范围。工程中我们认为在室温和标准输入、正常负载条件下,环路的相位裕度要求大于45°。在各种参数变化和误差情况下,这个相位裕度足以确保系统稳定。如果负载变化或者输入电压范围变化非常大,考虑在所有负载和输入电压下环路和相位裕度应大于30°。

如图l所示为开关电源控制方框示意图,开关电源控制环路由以下3部分构成。

<<<<<这个地方有图,不过网络只能上传1张图>>>>>>

(1)功率变换器部分,主要包含方波驱动功率开关、主功率变压器和输出滤波器;

(2)脉冲宽度调节部分,主要包含PWM脉宽比较器、图腾柱功率放大;

(3)采样、控制比较放大部分,主要包含输出电压采样、比较、放大(如TL431)、误差放大传输(如光电耦合器)和PWM集成电路内部集成的电压比较器(这些放大器的补偿设计最大程度的决定着开关电源系统稳定性,是设计的重点和难点)。

2 稳定性分析
如图1所示,假如在节点A处引入干扰波。此方波所包含的能量分配成无限列奇次谐波分量。如果检测到真实系统对不断增大的谐波有响应,则可以看出增益和相移也随着频率的增加而改变。如果在某一频率下增益等于l且总的额外相移为180°(此相移加上原先设定的180°相移,总相移量为360°),那么将会有足够的能量返回到系统的输入端,且相位与原相位相同,那么干扰将维持下去,系统在此频率下振荡。如图2所示,通常情况下,控制放大器都会采用反馈补偿元器件Z2减少更高频率下的增益,使得开关电源在所有频率下都保持稳定。

<<<<这里也有图>>>>

波特图对应于小信号(理论上的小信号是无限小的)扰动时系统的响应;但是如果扰动很大,系统的响应可能不是由反馈的线性部分决定的,而可能是由非线性部分决定的,如运放的压摆率、增益带宽或者电路中可能达到的最小、最大占空比等。当这些因素影响系统响应时,原来的系统就会表现为非线性,而且传递函数的方法就不能继续使用了。因此,虽然小信号稳定是必须满足的,但还不足以保证电源的稳定工作。因此,在设计电源环路补偿时,不但要考虑信号电源系统的响应特性,还要处理好电源系统的大信号响应特性。电源系统对大信号响应特性的优劣可以通过负载跃变响应特性和输入电压跃变响应特性来判断,负载跃变响应特性和输入电压跃变响应特性存在很强的连带关系,负载跃变响应特性好,则输入电压跃变响应特性一定好。

对开关电源环路稳定性判据的理论分析是很复杂的,这是因为传递函数随着负载条件的改变而改变。各种不同线绕功率元器件的有效电感值通常会随着负载电流而改变。此外,在考虑大信号瞬态的情况下,控制电路工作方式转变为非线性工作方式,此时仅用线性分析将无法得到完整的状态描述。下面详细介绍通过对负载跃变瞬态响应波形分析来判断开关电源环路稳定性。

3 稳定性测试
测试条件:

(1)无感电阻;

(2)负载变化幅度为10%~100%;

(3)负载开关频率可调(在获得同样理想响应波形的条件下,开关频率越高越好);

(4)限定负载开关电流变化率为5A/μs或者2A/μs,没有声明负载电流大小和变化率的瞬态响应曲线图形无任何意义。

图3(a)为瞬变负载波形。

图3(b)为阻尼响应,控制环在瞬变边缘之后带有振荡。说明拥有这种响应电源的增益裕度和相位裕度都很小,且只能在某些特定条件下才能稳定。因此,要尽量避免这种类型的响应,补偿网络也应该调整在稍低的频率下滑离。

<<<<这里也有图>>>>

图3(c)为过阻尼响应,虽然比较稳定,但是瞬态恢复性能并非最好。滑离频率应该增大。

图3(d)为理想响应波形,接近最优情况,在绝大多数应用中,瞬态响应稳定且性能优良,增益裕度和相位裕度充足。

对于正向和负向尖峰,对称的波形是同样需要的,因此从它可以看出控制部分和电源部分在控制内有中心线,且在负载的增大和减少的情况下它们的摆动速率是相同的。

上面介绍了开关电源控制环路的两个稳定性判据,就是通过波特图判定小信号下开关电源控制环路的相位裕度和通过负载跃变瞬态响应波形判定大信号下开关电源控制环路的稳定性。下面介绍四种控制环路稳定性的设计方法。

4.1 分析法
根据闭环系统的理论、数学及电路模型进行分析(计算机仿真)。实际上进行总体分析时,要求所有的参数要精确地等于规定值是不大可能的,尤其是电感值,在整个电流变化范围内,电感值不可能保持常数。同样,能改变系统线性工作的较大

瞬态响应也是很难预料到的。

4.2 试探法
首先测量好脉宽调整器和功率变换器部分的传递特性,然后用“差分技术”来确定补偿控制放大器所必须具有的特性。

要想使实际的放大器完全满足最优特性是不大可能的,主要的目标是实现尽可能地接近。具体步骤如下:

(1)找到开环曲线中极点过零处所对应的频率,在补偿网络中相应的频率周围处引入零点,那么在直到等于穿越频率的范围内相移小于315°(相位裕度至少为45°);

(2)找到开环曲线中EsR零点对应的频率,在补偿网络中相应的频率周围处引入极点(否则这些零点将使增益特性变平,且不能按照期望下降);

(3)如果低频增益太低,无法得到期望的直流校正那么可以引入一对零极点以提高低频下的增益。

大多数情况下,需要进行“微调”,最好的办法是采用瞬态负载测量法。

4. 3 经验法
采用这种方法,是控制环路采用具有低频主导极点的过补偿控制放大器组成闭环来获得初始稳定性。然后采用瞬时脉冲负载方法来补偿网络进行动态优化,这种方法快而有效。其缺点是无法确定性能的最优。

4.4 计算和测量结合方法
综合以上三点,主要取决于设计人员的技能和经验。

对于用上述方法设计完成的电源可以用下列方法测量闭环开关电源系统的波特图,测量步骤如下。

如图4所示为测量闭环电源系统波特图的增益和相位时采用的一个常用方法,此方法的特点是无需改动原线路。

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如图4所示,振荡器通过变压器T1引入一个很小的串联型电压V3至环路。流入控制放大器的有效交流电压由电压表V1测量,输出端的交流电压则由电压表V2测量(电容器C1和C2起隔直流电流的作用)。V2/V1(以分贝形式)为系统的电压增益。相位差就是整个环路的相移(在考虑到固定的180°负反馈反相位之后)。

输入信号电平必须足够小,以使全部控制环路都在其正常的线性范围内工作。

4.5 测量设备
波特图的测量设备如下:

(1)一个可调频率的振荡器V3,频率范围从10Hz(或更低)到50kHz(或更高);

(2)两个窄带且可选择显示峰值或有效值的电压表V1和V2,其适用频率与振荡器频率范围相同;

(3)专业的增益及相位测量仪表。

测试点的选择:理论上讲,可以在环路的任意点上进行伯特图测量,但是,为了获得好的测量度,信号注入节点的选择时必须兼顾两点:电源阻抗较低且下一级的输入阻抗较高。而且,必须有一个单一的信号通道。实践中,一般可把测量变压器接入到图4或图5控制环路中接入测量变压器的位置。

图4中T1的位置满足了上述的标准。电源阻抗(在信号注入的方向上)是电源部分的低输出阻抗,而下一级的输入阻抗是控制放大器A1的高输入阻抗。图5中信号注入的第二个位置也同样满足这一标准,它位于图5中低输出的放大器A1和高输入阻抗的脉宽调制器之间。

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5 最佳拓扑结构
无论是国外还是国内DC/DC电源线路的设计,就隔离方式来讲都可归结为两种最基本的形式:前置启动+前置PWM控制和后置隔离启动+后置PWM控制。具体结构框图如图6和图7所示。

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国内外DC/DC电源设计大多采用前置启动+前置PWM控制方式,后级以开关形式将采样比较的误差信号通过光电耦合器件隔离传输到前级PWM电路进行脉冲宽度的调节,进而实现整体DC/DC电源稳压控制。如图6所示,前置启动+前置PWM控制方式框图所示,输出电压的稳定过程是:输出误差采样→比较→放大→光隔离传输→PWM电路误差比较→PWM调宽→输出稳压。Interpoint公司的MHF+系列、SMHF系列、MSA系列、MHV系列等等产品都属于此种控制方式。此类拓扑结构电源产品就环路稳定性补偿设计主要集中在如下各部分:

(1)以集成电路U2为核心的采样、比较电路的环路补偿设计;

(2)以前置PWM集成电路内部电压比较器为核心的环路补偿设计;

(3)输出滤波器设计主要考虑输出电压/电流特性,在隔离式电源环路稳定性补偿设计时仅供参考;

(4)其它部分如功率管驱动,主功率变压器等,在隔离式电源环路稳定性补偿设计时可以不必考虑。

而如图7所示,后置隔离启动+后置PWM控制方式框图,输出电压的稳定过程是:输出误差采样→PWM电路误差比较→PWM调宽→隔离驱动→输出稳压。此类拓扑结构电源产品就环路稳定性补偿设计主要集中在如下各部分:

(1)以后置PWM集成电路内部电压比较器为核心的环路补偿设计;

(2)输出滤波器设计主要考虑输出电压/电流特性,在隔离式电源环路稳定性补偿设计时仅供参考。

(3)其它部分如隔离启动、主功率变压器等,在隔离式电源环路稳定性补偿设计时可以不必考虑。

比较图6和图7控制方式和环路稳定性补偿设计可知,图7后置隔离启动+后置PWM控制方式的优点如下:

(1)减少了后级采样、比较、放大和光电耦合,控制环路简捷;

(2)只需对后置PWM集成电路内部电压比较器进行环路补偿设计,控制环路的响应频率较宽;

(3)相位裕度大;

(4)负载瞬态特性好;

(5)输入瞬态特性好;

(6)抗辐照能力强。实验证明光电耦合器件即使进行了抗辐照加固其抗辐照总剂量也不会大于2x104Rad(Si),不适合航天电源高可靠、长寿命的应用要求。

6 结语
开关电源设计重点有两点:一是磁路设计,重点解决的是从输入到输出的电压及功率变换问题。二是稳定性设计,重点解决的是输出电压的品质问题。开关电源稳定性设计的好坏直接决定着开关电源启动特性、输入电压跃变响应特性、负载跃变响应特性、高低温稳定性、生产和调试难易度。将上述开关电源稳定性设计方法和结论应用到开关电源的研发工作中去,定能事半功倍。

具体的参数自己改下.我就不改了.
这里有全文的图片http://hi..com/cheng5619/blog
参考资料:http://www.ykups.com/tech.htm

4. 采用UC3842控制反激式50W开关电源设计

UC3842是由Unitrode公司开发的新型控制器件,是国内应用比较广泛的一种电流控制型脉宽调制器。所谓电流型脉宽调制器是按反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环、电流环双环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是比较理想的新型的控制器闭。 电路设计和原理1.1 UC3842工作原理 uc3842中文资料下载 UC3842是单电源供电,带电流正向补偿,单路调制输出的集成芯片,其内部组成框图如图l所示。其中脚1外接阻容元件,用来补偿误差放大器的频率特性。脚2是反馈电压输入端,将取样电压加到误差放大器的反相输入端,再与同相输入端的基准电压进行比较,产生误差电压。脚3是电流检测输入端,与电阻配合,构成过流保护电路。脚4外接锯齿波振荡器外部定时电阻与定时电容,决定振荡频率,基准电压VREF为0.5V。输出电压将决定变压器的变压比。由图1可见,它主要包括高频振荡、误差比较、欠压锁定、电流取样比较、脉宽调制锁存等功能电路。UC3842主要用于高频中小容量开关电源,用它构成的传统离线式反激变换器电路在驱动隔离输出的单端开关时,通常将误差比较器的反向输入端通过反馈绕组经电阻分压得到的信号与内部2.5V基准进行比较,误差比较器的输出端与反向输入端接成PI补偿网络,误差比较器的输出端与电流采样电压进行比较,从而控制PWM序列的占空比,达到电路稳定的目的。1.2 系统原理 本文以UC3842为核心控制部件,设计一款AC 220V输入,DC 24V输出的单端反激式开关稳压电源。开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。变换器的幅频特性由双极点变成单极点,因此,增益带宽乘积得到了提高,稳定幅度大,具有良好的频率响应特性。 主要的功能模块包括:启动电路、过流过压欠压保护电路、反馈电路、整流电路。以下对各个模块的原理和功能进行分析。电路原理图如图2所示。1.2.1 启动电路 如图2所示交流电由C16、L1、C15以及C14、C13进行低通滤波,其中C16、C15组成抗串模干扰电路,用于抑制正态噪声;C14、C13、L1组成抗共模干扰电路,用于抑制共态噪声干扰。它们的组合应用对电磁干扰由很强的衰减旁路作用。滤波后的交流电压经D1~D4桥式整流以及电解电容C1、C2滤波后变成3lOV的脉动直流电压,此电压经R1降压后给C8充电,当C8的电压达到UC3842的启动电压门槛值时,UC3842开始工作并提供驱动脉冲,由脚6输出推动开关管工作。随着UC3842的启动,R1的工作也就基本结束,余下的任务交给反馈绕组,由反馈绕组产生电压给UC3842供电。由于输入电压超过了UC3842的工作,为了避免意外,用D10稳压管限定UC3842的输入电压,否则将出现UC3842被损坏的情况。1.2.2 短路过流、过压、欠压保护电路 由于输入电压的不稳定,或者一些其他的外在因素,有时会导致电路出现短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生,因此,电路必须具有一定的保护功能。如图2所示,如果由于某种原因,输出端短路而产生过流,开关管的漏极电流将大幅度上升,R9两端的电压上升,UC3842的脚3上的电压也上升。当该脚的电压超过正常值0.3V达到1V(即电流超过1.5A)时,UC3842的PWM比较器输出高电平,使PWM锁存器复位,关闭输出。这时,UC3842的脚6无输出,MOS管S1截止,从而保护了电路。如果供电电压发生过压(在265V以上),UC3842无法调节占空比,变压器的初级绕组电压大大提高,UC3842的脚7供电电压也急剧上升,其脚2的电压也上升,关闭输出。如果电网的电压低于85V,UC3842的脚1电压也下降,当下降lV(正常值是3.4V)以下时,PWM比较器输出高电平,使PWM锁存器复位,关闭输出。如果人为意外地将输出端短路,这时输出电流将成倍增大,使得自动恢复开关RF内部的热量激增,它立即断开电路,起到过压保护作用。一旦故障排除,自动恢复开关RF在5s之内快速恢复阻抗。因此,此电路具有短路过流、过压、欠压三重保护。1.2.3 反馈电路 反馈电路采用精密稳压源TL431和线性光耦PC817。利用TL43l可调式精密稳压器构成误差电压放大器,再通过线性光耦对输出进行精确的调整。如图2所示,R4、R5是精密稳压源的外接控制电阻,它们决定输出电压的高低,和TL431一并组成外部误差放大器。当输出电压升高时,取样电压VR7也随之升高,设定电压大于基准电压(TL431的基准电压为2.5V),使TL431内的误差放大器的输出电压升高,致使片内驱动三极管的输出电压降低,也使输出电压Vo下降,最后Vo趋于稳定;反之,输出电压下降引起设置电压下降,当输出电压低于设置电压时,误差放大器的输出电压下降,片内的驱动三极管的输出电压升高,最终使得UC3842的脚1的补偿输入电流随之变化,促使片内对PWM比较器进行调节,改变占空比,达到稳压的目的。R7、R8的阻值是这样计算的:先固定R7的阻值,再计算R8的阻值,即 1.2.4 整流滤波电路 输出整流滤波电路直接影响到电压波纹的大小,影响输出电压的性能。开关电源输出端中对波纹幅值的影响主要有以下几个方面。 (1)输入电源的噪声,是指输入电源中所包含的交流成分。解决的方案是在电源输入端加电容C5,以滤除此噪声干扰。 (2)高频信号噪声,开关电源中对直流输入进行高频的斩波,然后通过高频的变压器进行传输,在这个过程中,必然会掺人高频的噪声干扰。还有功率管器件在开关的过程中引起的高频噪声。对于这类高频噪声的解决方案是在输出端采用π型滤波的方式。滤波电感采用150μH的电感,可滤除高频噪声。 (3)采用快速恢复二极管D6、D7整流。基于低压、功耗低、大电流的特点,有利于提高电源的效率,其反向恢复时间短,有利于减少高频噪声。
并联整流二极管减小尖峰电压 在大功率的整流电路中,次级整流桥电路存在较大杂散电感,输出整流管在换流时,由于电路中存在寄生振荡,整流管会承受较大的尖峰电压,尖峰电压的存在提高了对整流二极管的耐压要求,也将带来额外的电路损耗。整流桥的寄生振荡产生于变压器的漏感(或附加的谐振电感)与变压器的绕组电容和整流管的结电容之间。 当副边电压为零时,在全桥整流器中4只二极管全部导通,输出滤波电感电流处于自然续流状态。而当副边电压变化为高电压Vin/K(K为变压器变比)时,整流桥中有两只二极管要关断,两只二极管继续导通。这时候变压器的漏感(或附加的谐振电感)就开始和关断的整流二极管的电容谐振。即使采用快恢复二极管,二极管依然会承受至少两倍的尖峰电压,因此,必须采用有效的缓冲电路,有许多文献对此作了研究,归纳起来有5种方式:RC缓冲电路,RCD缓冲电路,主动箝位缓冲电路,第三个绕组加二极管箝位缓冲电路,原边侧加二极管箝位缓冲电路。在这里提出另一种减小二极管尖峰电压有效的方法:即整流二极管并联,其具体的电路图如图3所示。 并且这种方法在大功率全桥移相DC/DC电源变换器的项目中得到了应用,实验波形验证了该方法,实验结果如图4所示,其中图4(a)是整流桥电压波形,可以看出,由于变压器的漏感和二极管的结电容以及变压器的绕组电容之间发生的高频振荡,使二极管存在很高的尖峰电压;图4(b)是采用并联整流二极管之后整流桥电压波形,明显尖峰电压减小很多,验证了该方法的有效性。实验结果及分析 对设计的电路进行了实验,图5示出了实验波形。图5(a)上波形为UC3842的脚4三角波振荡波形,下波形为UC3842的脚6驱动开关管的PWM波;图5(b)上波形为满载时输出电压直流分量Vdc,下波形为交流纹波Vripp。
UC3842是一种高性能的固定频率电流型控制器,单端输出,可直接驱动晶体管和MOSFET,具有管脚数量少、外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点,在100W以下的开关电源中有很好的应用前景。 详细: http://www.jdzj.com/diangong/article/2009-8-12/11597-1.htm

5. 国内外对开关电源参数优化的发展状况如何那

国内外开关电源发展状况,主要表现在以下几个方面。

1. 高性能碳化硅(SiC)功率半导体器件

可以预见,碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料,其优点是:禁带宽,工作温度高(可达600°C),通态电阻小,导热性能好,漏电流极小,PN结耐压高等等。

2. 高频磁技术

高频开关变换器中用了多种磁元件,有许多基本问题要研究。

(1)随着开关电源的高频化,在低频下可以忽略的某些寄生参数,在高频下将对某些电路性能(如开关尖峰能量、噪声水平等)产生重要影响。尤其是磁元件的涡流、漏电感、绕组交流电阻Rac和分布电容等,在低频和高频下的表现有很大不同。高频磁技术理论作为学科前沿问题,仍受到人们的广泛重视,如:磁心损耗的数学建模,磁滞回线的仿真建模,高频磁元件的计算机仿真建模和CAD、高频变压器一维和二维仿真模型等。有待研究的问题还有:高频磁元件的设计决定了高效率开关电源的性能、损耗分布和波形等,人们希望给出设计准则、方法、磁参数和结构参数与电路性能的依赖关系,明确设计的自由度与约束条件等。

(2)对高频磁性材料有如下要求:损耗小,散热性能好,磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注,如5~6µm超薄钴基非晶态磁带,1MHz(Bm=0.1T)时,损耗仅为0.7~1W/cm3,是MnZn高频铁氧体的1/3~1/4。纳米结晶软磁薄膜也在研究。

(3)研究将铁氧体或其他薄膜材料高密度集成在硅片上。或硅材料集成在铁氧体上,是一种磁电混合集成技术。磁电混合集成还包括利用电感箔式绕组层间分布电容实现磁元件与电容混合集成等。

3. 新型电容器

研究开发适合于功率电源系统用的新型电容器和超级大电容。要求电容量大、等效电阻(ESR)小、体积小等。据报道,美国在20世纪90年代末,已开发出330µF新型固体钽电容,其ESR有显著下降。

4. 功率因数校正AC-DC开关变换技术

一般高功率因数AC-DC电源由两级组成:在DC-DC变换器前加一级前置功率因数校正器,至少需要两个主开关管和两套控制驱动电路。这样对于小功率开关电源说,总体效率低、成本高。

对输入端功率因数要求不特别高的情况,用PFC和变换器组合电路构成小功率AC-DC开关电源,只用一个主开关管,可使PF校正到0.8以上,称为单管单级PF校正AC-DC变换器,简称为S4。例如一种隔离式S4PF校正AC/DC变换器,前置功率因数校正器用DCM运行的Boost变换器,后置电压调节器主电路为反激变换器,按CCM或DCM运行;两级电路合用一个主开关管。

5. 高频开关电源的电磁兼容研究

高频开关电源的电磁兼容问题有特殊性。通常,它涉及到开关过程产生的di/dt和dv/dt,引起强大的传导型电磁干扰和谐波干扰。有些情况还会引起强电磁场辐射。不但严重污染周围电磁环境,对附近的电气设备造成电磁干扰,还可能危及附近操作人员的安全。同时,开关电源内部的控制电路也必须能承受主电路及工业应用现场电磁噪声的干扰。由于上述特殊性和测量上的具体困难,专门针对开关电源电磁兼容的研究工作,目前还处于起始阶段。显然,在电磁兼容领域,存在着许多交叉科学的前沿课题有待人们研究。如:典型电路与系统的近场、传导干扰和辐射干扰建模;印制电路板和开关电源EMC优化设计软件;低中频、超音频及高频强磁场对人体健康的影响;大功率开关电源EMC测量方法的研究等。

6. 开关电源的设计、测试技术

建模、仿真和CAD是一种新的、方便且节省的设计工具。为仿真开关电源,首先要进行仿真建模。仿真模型中应包括电力电子器件、变换器电路、数字和模拟控制电路,以及磁元件和磁场分布模型,电路分布参数模型等,还要考虑开关管的热模型、可靠性模型和EMC建模。各种模型差别很大,因此建模的发展方向应当是:数字-模拟混合建模;混合层次建模;以及将各种模型组成一个统一的多层次模型(类似一个电路模型,有方块图等);自动生成模型,使仿真软件具有自动建模功能,以节约用户时间。在此基础上,可建立模型库。

开关电源的CAD,包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数优化、磁设计、热设计、EMI设计和印刷电路板设计、可靠性预估、计算机辅助综合和优化设计等。用基于仿真的专家系统进行开关电源的CAD,可使所设计的系统性能最优,减少设计制造费用,并能做可制造性分析,是21世纪仿真和CAD技术的发展方向之一。现在国外已开发出设计DC-DC开关变换器的专家系统和仿真用MATSPICE软件。

此外,开关电源的热测试、EMI测试、可靠性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。

7. 低电压、大电流的开关电源开发

(1)低电压、大电流的开关变换器的要求

数据处理系统的速度和效率日益提高,新一代微处理器的逻辑电压低达1.1~1.8V,而电流达50~100A,其供电电源——低电压、大电流输出DC-DC变换器模块,又称为电压调整器模块(VRM)。新一代微处理器对VRM的要求是:输出电压很低,输出电流大,电流变化率高,响应快等。

①为降低IC的电场强度和功耗,必须降低微处理器供电电压,因此VRM的输出电压要从传统的3V左右降低到小于2V,甚至1V。

②运行时,电源输入电流>100A,由于寄生L、C参数,电压扰动大,应尽量减小L。

③微处理器起停频繁,不断从休眠状态启动,工作,再进入休眠状态。因此要求VRM电流从0突变到50A,又突降到0,电流变化率达5A/ns。

④设计时应控制扰动电压≤10%,允许输出电压变化±2%。

(2)采用波形交错技术

线路的寄生阻抗、电容的ESR和ESL对VRM在负载变化过程中的电压调整影响很大。必须研制高频、高功率密度和快速的新型VRM。现在已有多种拓扑问世,如:同步整流Buck变换器(用功率MOS管替代开关二极管);为防止电流大幅度变化时由于高频寄生参数引起输出电压扰动,有文献介绍采用多输入通道或称多相DC-DC变换器,应用波形交错(Interleaving)技术,保证VRM输出纹波小,改善输出瞬态响应,并可减小输出滤波电感和电容。
(3)电压纹波与冲击电压问题

①电压纹波与ESR。对于电压在1V以下、电流在100A以上的负载,其负载电阻在10mΩ以下,低于滤波电容的内部等效串联电阻,会出现电压纹波问题。现在,假设可以通过升降压或升压型变换器实现这种电源,但流过电容的纹波电流在100A以上,效率小于50%。对此,降压型变换器中含有串联滤波电感,可抑制纹波电流。但是,负载电阻与ESR相当,纹波电流分别流过电容和负载,其动作模式和目前的滤波电路不同。

为探讨纹波电压动作模式,首先给出等效电路进行仿真。仿真中根据Crc的值,有四种动作模式的纹波电压。电压纹波值与rc/R的变化关系曲线,也有四种动作模式,C越大,纹波率就越小。为进一步降低低压大电流输出电压纹波,即减小滤波电容ESR值,必须采取一定的方法和策略。

②负载突变引起的冲击电压。对于数字电路的负载,为快速响应各种模式的转换,输出电压相应于负载变化的瞬态响应特性就显得非常重要。此时,如果电流的变化率大,冲击产生时间比开关周期Ts短,则很难期待由反馈而带来的输出电压稳定效果。目前技术还没有办法,正处于仿真研究阶段。

(4)探寻省略滤波电容的可能性

如果因负载急变引起输出电压波动,波动持续时间超过开关周期的话,通过反馈可在一定程度上进行调整,LC滤波电路对此电压调整效果起决定作用。为达到电压调整目的,必须提高开关频率,减小L和C值,让截止频率尽量向高域端延伸。有人考虑用两个非对称逆变器(带变压器)输出双相方波,每个逆变器的输出电压通过半波整流接向共同的负载,将截止频率延伸至高域端。

开关频率由MOSFET的开关时间所决定,为了提高开关效率,使超过其极限值,在实用中可采用多相开关方式等效提高开关频率的方法。但是,相数也有限制。另外,变化的原因仅在于负载一侧,让截止频率尽量低也非常有效。为达到此目的,使用电气双层电容滤波器可能是今后的发展方向。当然,为此必须考虑怎样同时降低双层电容器的等效串联电阻和等效串联电感。

(5)便携式设备与燃料电池

对于手提电脑、手机、数码相机等便携式电器,电源是出问题最多的部分。便携式设备的电源一直以来是传统电池的天下,传统电池在轻便与长时使用性方面,还不能充分满足用户的要求。为此,由固体高分子材料构成的燃料电池最近引起了大家的关注。燃料电池是以甲醇为燃料,铂为催化剂,其构造为电极间夹电解质膜,能量密度可做到锂电池的10倍。100°C以下的工作温度包括在常温下可以发电,单节电压大概为1~2V。本来用氢作燃料最理想,但从实用出发,用甲醇和铂催化剂的组合较方便。不过其对于负载变化的跟随性有问题,因此为保护电极,需要与电容组合使用。

燃料电池的优点是维护方便,可长时间使用。电能不足时,仅补充燃料即可,不需要长时间充电。

以上就低压、大电流开关电源为中心,对开关电源的未来技术发展方向进行了论述。按照摩尔定律,每18个月IC的集成度会增加2倍,因此很难断定电压会降低到何种程度为止。如果这种趋势无限制的持续下去,可以预想对电源的要求会越来越高。要满足这些要求,首先以开发新的半导体和电容为前提,另外从电路角度来建立元器件微细结构模型也可能成为解决问题的关键点。因此,今后在各种层面上打破学科界线进行协同研究的必要性会越来越高。

8. 低电压、大电流DC-DC变换器模块

6. rlc电路谐振特性的研究,为什么要保持电路电压不变

串联时,电流只有一个回路,电流大小等于回路电压除以阻抗。电流不可能大于电回源输出电流(等于答该电流)。而电容和电感上的电压互为相反,回路电压等于这两个电压差值加上电阻压降。因此串联谐振是电压谐振而不是电流谐振。
并联时,负载电压只有一个,电流回路有两个,电压与电源相同,电容电流与电感电流的差值等于电源电流。因此这是电流谐振。
串联谐振电路当然可以做升压变压器:当电容与电感的阻抗值接近时这两个阻抗压降可达到非常高的数值。电气试验中大型变压器交流试验就有利用此原理提高被试变压器的试验电压的(变压器对地相当于大电容,串以计算好的电感,当给定0-200-380伏时就可得到数千到一万伏电压)。
不过,计算电容电感一定要准确,否则太高电压是非常危险的。升压不能一下到位,必须用调压器一点一点地升。

7. 大学物理实验 RC串联电路特性研究中,研究RC串联电路的相频特性时,知道了信号电源电压和电阻电压两

其实这个问题你可以这样考虑,知道电阻和电容的大小,那么电路的时间常数就知道了,题目中连电源电压和电阻电压的时间差也告诉你了,所以时间常数不用算也行。电源电压的波形肯定是已知的,这样也就知道了其周期,根据电源电压周期和时间差,你画两个波形图也就知道了相位差。你想想是不是这样,不懂的地方欢迎讨论。

8. rcl串联电路特性研究交流电路中测电压要注意什么

注意电压表的选择:
1、如果是测频率谐振,要使用高频电压表,否则误差较大。
2、注意量程选择,谐振是电感、电容两端可能会有数倍于外加电源电压的高压出现。

9. 我的苹果笔记本电源一直插着对电池有坏处吗有人说一直插着好,有人说充满了就得拔。

插入交流电时,要把电池拿下来,以防止反复充放电吗?

我给你的建议是:不用!当然,你可以拿锂离子电池的自然放电来反驳我,说在电池自然放电后,如果有电源接入会出现反复充放电的情况,减少了电池的使用寿命。而我给你“不用”这答案的理由有以下几个:

1.现在笔记本的电源控制电路都设计了这个特性:就是当电池电量达到90%(如HP的大部分机型)或95%才会充电,而通过自然放电达到这个容量的时间为2周到一个月,当电池闲置不用一个月左右要进行完全充放电以维持电池的容量,这个时候你应该关心的是电池应该锻炼一下身体而不是被闲置后的再次充电。

2.就算电池“不幸”被再次充电,带来的损失也不会比长时间不用电池造成的电量下降大多少。

3.你的数据要比你的电池甚至你的笔记本都珍贵得多,突然断电不但对你的笔记本有伤害,无法挽回的数据才是后悔也来不及的。

10. 基于TL494的DC-DC升压型开关电源

李睿智

学号19021211293

【嵌牛导读】随着科技的高速发展,电子产品与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子产品都离不开可靠的电源。开关电源则以功耗小、效率高、体积小、重量轻的优势成为研究的热门。因此,提高对开关电源的研究就显得至关重要了。本文介绍了一种基于TL494的DC-DC升压型开关电源电路,该电路采用TL494电源控制芯片及其外围电路产生PWM波,并通过PWM波的占空比控制开关管的导通时间,实现不同电压的稳定输出。经过初步的计算,合理的选择了电路中的开关管,储能电感,滤波电容和续流二极管的参数。实验结果证明,该升压电路的效率高于80%,具有良好的电压调整率和负载调整率。

【嵌牛鼻子】DC-DC升压型开关电源、PWM波、开关管

【嵌牛提问】电子产品在人类的生活中起着日益重要的作用,而电子产品都离不开可靠的电源,如何设计制作出既安全、效率又高的电源呢?这成为人们越来越关心的话题。

【嵌牛正文】

1 .引言

随着现代电子技术的迅速发展,电子产品对电源的要求也越来越高。电源的发展经历了从线性电源、相控电源再到开关电源的发展历程,而开关电源则以其开关频率高、体积小、效率高、可靠性高等特点占据着主导地位[1]。1955 年美国的罗耶 ( Roger G H)首次提出了自激振荡推挽晶体管直流变换器[2],为开关电源的研究打下了理论基础。20世纪60年代,各种开关电源的拓扑电路已经较为成熟。改革开放以后,我国的开关电源技术也得到了长足的进步,并向着高频化、高效率,模块化等特点发展。

该电路选用TL494电源芯片作为整个电路的控制器,并搭建其外围电路,构成产生PWM波的控制电路。通过调节PWM波的占空比控制开关管的关断导通时间,从而达到升压的目的。最后,通过对开关管,储能电感,滤波电容和续流二极管参数的优化,使电路具有较高的效率,良好的电压调整率和负载调整率。

2 .DC-DC升压型开关电源的基本原理

2.1 DC-DC开关电源的种类

开关电源的种类很多,按输入/输出有无隔离的角度,可以分为隔离式与非隔离式两大类型。隔离型的DC-DC开关电源可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等,非隔离型的又可分为降压式、升压式、极性反转式等[3]。本电路为非隔离型的DC-DC开关电源。

2.2 DC-DC开关电源的主电路

图2.2所示是DC-DC升压型开关电源的主电路,它的主要构成元器件包括开关管T,储能电感L、续流二极管D和滤波电容C[4]。

该电路采用的是并联式的结构,既在主回路中开关管T与输出端负载RL并联。由PWM波控制开关管的关断导通时间,高电平时开关管导通,由于导通压降很小,所以续流二极管D截止,此时Ui通过开关管对电感器L充电,负载RL靠电容C中存储的电能供电。低电平时开关管关断,此时续流二极管D导通,Ui与电感器L产生的感应电势正向叠加后,通过续流二极管D对电容器C充电,并同时对负载RL供电。

由以上分析可见,并联式的开关电源电路可以使输出电压高于输入电压,既可实现DC-DC升压的功能。

2.3 DC-DC 开关电源的调制方式

2.3.1 脉冲频率调制

脉冲频率调制PFM(全称为Pulse Frequency Molation),是指脉冲宽度不变,只通过调节工作频率的方式来改变占空比[5]。这种脉冲调制方式电路复杂,难以实现。

2.3.2 脉冲宽度调制

脉冲宽度调制PWM(全称为Pulse Width Molation),是指脉冲频率不变,只通过改变脉冲宽度的方式来改变占空比[6]。

这种脉冲调制方式常用在开关型的稳压电路中,在不改变电路输出PWM波频率的情况下,通过电压反馈电路,调节输出PWM波的宽度[7]。电压反馈电路的工作原理是:当输入电压增大时,取样电阻输出的采样电压也将增大,并在比较放大器和基准电压进行比较,通过放大器输出的信号去控制PWM产生器,使输出脉冲占空比减小,输出电压保持稳定。反之,当输入电压减小时,PWM产生器输出脉冲占空比增大,输出电压仍可以保持稳定。

3 .电源控制芯片TL494及其外围电路的设计

3.1 集成脉宽调制芯片TL494的介绍

如图3.1所示为TL494芯片的引脚图和内部结构,TL494是一种固定频率脉宽调制集成电路,内部集成了大部分的脉宽调制电路,几乎包含了开关电源控制所需的全部功能,广泛应用于各种开关电源中[8]。其内部置有两个误差放大器,1、2 引脚为误差放大器1的正负输入端,16、15 引脚为误差放大器2的正负输入端。3引脚为相位校正和增益控制端,4引脚为死区电平控制端。其内置有线性锯齿波振荡器,5、6引脚处可外置一个电容和一个电阻两个振荡元件。7引脚为接地,8、9引脚分别为三极管Q1的集电极和发射极,10、11引脚分别为三极管Q2的发射极和集电极,12引脚为电源VCC,13引脚为输出PWM波模式控制端,14引脚为内部5V基准电压输出端。

  3.2 TL494芯片的外围电路

其工作频率可通过外接电阻RT和外接电容CT确定。其计算公式如下:

                                              f=1.1/(RT˙CT)

电阻RT的值选为22kΩ,电容CT的值选为1nF,计算得工作频率为50kHZ,既输出PWM波的频率50kHZ。

13引脚为输出PWM波模式控制端,当该引脚为高电平时,两个三极管推挽输出,最大占空比只有48%。为了提高输出能力,将13引脚接地,这使得触发器不起作用,两个三极管输出相同,最大占空比可达到96%。为了提高驱动能力,将两个三级管并联输出,8、11引脚接电源,9、10引脚并联后作为PWM波输出端。

1引脚为反馈信号输入端,为了保持输出电压的稳定性,将该引脚接到电路的输出端,同时将2引脚接入参考电压,参考电压的值由14引脚的5V基准电压经过电阻R3,RP2和R4组成的分压电路提供,一般调节可调电阻RP2的值,使参考电压的值在2.2V-2.3V之间。2、3引脚之间的C2、R5和R6构成的RC网络,可调节误差放大器1的增益和改善开关电源的动态性能,16引脚用作过流保护的输入端,可直接将地反馈给该引脚,使过流保护的作用更佳。

4 .开关电源主要元器件参数的选择

4.1 开关管T的参数选择

    开关管T在电路中承受的最大电压是1.1×1.2U0(U0为输出电压),在实际工程中选择开关管时,应保证有足够的余量,通常选择2~3倍的1.1×1.2U0。开关管T的最大工作电流,通常选择2~3倍的Ii(Ii为输入电压)[9]。在综合考虑开关管的最高开关频率,导通电阻和驱动电路等关键指标的情况下,本电路选择TP75N75,该开关管的最大VDS=75V,最大ID=75A,导通电阻仅8mΩ,其余量完全能够满足实际电路的需求。

4.2 储能电感L的参数选择

稳压电源工作时,流过电感的电流由直流平均值和纹波分量两部分组成。纹波分量是三角波,设其增量为ΔI,则

则根据电感选择公式[10],得

因为开关频率f为50kHZ,通过计算得电感L的值为50μH左右,在实际工程中为保证充分余量,通常选用100μH/2A的电感,在实际制作的过程中发现自行绕制的电感效果不是太好,所以建议最好购买正规产商生产的电感。

4.3 滤波电容C的参数选择

在VT导通的TON期间内,由滤波电容C 给负载供电,设此期间C上的电压降为△U0(△U0为纹波电压)。则

又                 

所以              

因为开关频率f为50kHZ,同时为了尽量减小输出电压的纹波,所以滤波电容C取2200μF/50V,保证了充分的余量。

4.4 续流二极管D的参数选择

在电路中续流二极管的主要作用是开关管导通时,续流二极管D截止,电容C对负载供电;开关管关断时,续流二极管D导通,Ui与电感L通过续流二极管D对电容器C充电,并同时对负载RL供电。所以D的最大反向电压为U0,流过的最大电流是输入电流II,此外续流二极管还需满足开关频率高,导通电阻小的要求,通常选用肖特基二极管,本电路选择三端肖特基二极管MBR60100CT,其最大反向工作电压为100V,最大工作电流为60A,保证了充分的余量。

5 .开关电源电路的测试与相关数据计算

5.1 实验电路的原理图绘制

5.2 实验电路的PCB图绘制

    在绘制PCB图时,应尽量把电源线和地线布粗,这样可以减少损耗,并且可以使电路过大电流。为了画图的方便以及节约空间,信号线则可以细点。另外,若焊接电路板时背面需要用导线连接,靠近输入输出处的导线应使用粗线,避免分流,反馈线可使用较细的导线。

5.3 实验电路相关参数的测试

5.3.1 负载调整率(输入电压UI为10V,输出电压UO为20V)

                                                                           表5.3.1 负载调整率

所以负载调整率为:(20.00-19.59)/20≈2%。

5.3.2 电压调整率(输出电压UO为20V,输出端负载R不变)

                                                                       表5.3.2 电压调整率

所以电压调整率为:(20.15-19.86)/20=1.45%。

5.3.3 升压电路的效率

                                                                  表5.3.3升压电路的效率

5.4 实验结果分析

综上实验数据可得,本升压电路可以实现最高36V的输出,最大输出电流可达1.6A,效率高于86%,负载调整率约为2%,电压调整率为1.45%,并且具有过压保护和过流保护的能力。

6 .总结

   本文介绍了一种基于TL494的DC-DC升压型开关电源电路。在制作的过程中,采用非隔离型的DC-DC开关电源主电路,通过电压反馈调节PWM波的占空比,实现输出电压的稳定。并通过对开关管T、储能电感L、滤波电容C和续流二极管D的参数选择,使该电路达到最佳的性能指标。最后,对电路的负载调整率、电压调整率、效率进行测试。从实验结果可得,该电路实现了从(15V~20V)到(18V~36V)的升压功能,具有效率较高,良好的负载调整率和电压调整率的特点,且性能稳定,抗干扰能力强。

参考文献

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