大功率直流稳压电源

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"绪论2....\o"CurrentDocument"第一章小功率整流滤波电路.3...1.1单相整流电路3.…1.2滤波电路5....1.3稳压电路10..\o"CurrentDocument"第2章直流稳压电源的技术指标1.1\o"CurrentDocument"2.1、直流稳压电源的特性指标1.1\o"CurrentDocument"2.2稳压电源质量指标1L2.3稳压电路的种类12.\o"CurrentDocument"第3章稳压电路保护.13..\o"CurrentDocument"第4章直流稳压电源的分类1.4.\o"CurrentDocument"4.1电路拓扑结构选择14.\o"CurrentDocument"4.2控制方式的选择1.4.\o"CurrentDocument"第5章电源的主电路15.\o"CurrentDocument"第6章纹波的抑制16..\o"CurrentDocument"6.1、电源纹波产生途径：1.6.\o"CurrentDocument"6.2、本文采取的措施L6.结束语17....致谢词18....参考文献1.9....绪论当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路一电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。一般直流稳压电源由如下部分组成：整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。稳压电路采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。直流稳压电源的方框图如图1.1所示。工频交流脉动直流直流图1-1整流滤波方框图

第一章小功率整流滤波电路1.1单相整流电路整流电路的任务：把交流电压转变为脉动的直流电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。1.单相半波整流电路v2>0时，二极管导通。v<0时，二极管截止，输v2>0时，二极管导通。v<0时，二极管截止，输出电流为0二极管上的平均电流：ID=II二极管上承受的最高电压：丫皿2、⑷输出电压平均值(V)单相全波整流电路L输出电压波形：二极管上的平均电流：妇=孔二极管上承受的最高电压：、=皿输出电压平均值：V=0.9V单相桥式整流电路L2工作原理V2>0时：VL=V2桥式整流电路V2<0时：匕=-V桥式整流电路V2<0时：匕=-V2V2负半周时桥式整流电路1.2滤波电路通常用脉动系数S来表示输出电压脉动的程度S定义：整流输出电压的最低次谐波分量的峰值VV之比。1.2滤波电路通常用脉动系数S来表示输出电压脉动的程度S定义：整流输出电压的最低次谐波分量的峰值VV之比。L1m与直流分量滤波电路的结构特点：_电容与负载rl并联，或电感与负载rl串联。原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。几种滤波电路电容滤波电路(倒L型)电感电容滤波电路型滤波电路电容滤波电路(1)滤波原理(倒L型)以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。

桥式整流电容滤波电路1.Rl未接入时（忽略整流电路内阻）v2正半周：D1D3导通一向C充电（恒定）2、v2负半周：DD导通一向C充电42.R接入时的情况（设v从0开始上升时接入）开始v<v（恒定）2、v2负半周：DD导通一向C充电42.R接入时的情况（设v从0开始上升时接入）」2CLC降。

当v当v2>vc时，二极管D1、D3导通，向电容C充电，同时也给Rl提供电流，Vc随V2上升而上升。L只有电压V2大于V时，二极管导通，才有充电电流iD，因此流过二极管的瞬时电流很大。D可见，采用电容滤波时，整流管的导通角。<n。且与时间常数rlc有关V(平均值)成大电容滤波电路的特点输出电压V平均值升高，RC愈大电容器放电愈慢L一般取』"2(T：电源电压的周期)近似估算：Ve1.2V半波整流L2电容滤波：VleV2怎样选电容:：CN(3~5)T/2Rl耐压》(1.5~2)V2二极管的导电角<l，，流过二极管瞬时电流很大故选管时，要留有足够的电流裕度，一般取珏=(>3)*=输出特性（外特性）较软且与时间常数rlc有关V(平均值)成大直流电压V随负载电流增加而减少，带负载能力差。如：R愈小（I越大），V下降多，S增大。结论:L电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。电感滤波电路结构：在整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。电感滤波电路滤波原理对直流分量：XL=0相当于短路，电压大部分降在Rl上。对谐波分量：f越高，X越大，电压大部分降在X上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。L当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：VL=0.9V21.3稳压电路1.3.1三端集成稳压器随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器集成稳压器的分类「正电1KW78"r固定式［三端集成」L负电压仲沔徐稳压器|广正电压W317(LM317)I可调式3L负电压W337(LM337)注：型号后两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V输出电压固定的三端集成稳压器(正电压78、负电压79)1.3.2三端集成稳压器的应用一、固定电压输出电路输出为固定正压时的接法如图所示。注意：输入与输出端之间的电压不得低于2V!正常时输入、输出电压差为2~3V。C「C2用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激和抑制电路引入的高频干扰。C3是电解电容，用来减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。

D是保护二极管。当输入端短路时，给输出电容器C一个放电通路，防止C3两端的电压对调整管造成损坏。3第2章直流稳压电源的技术指标稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电流及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。2.1、直流稳压电源的特性指标最大输出电流它取决于主调整管的最大允许工作电流和变压器的容量以及二极管的最大整流电流等。输出电压和电压调节范围这可按照使用对象的要求来确定。对于需要库定电源的设备，其稳压电源的调节范围最好小一些，电压值一旦调好后不再改变。对于输出电压可调电源，其输出范围大都从零伏起调，通常要求调压范围宽些，且连续可调。保护特性在直流稳压电源中，当负载电流过载或短路时，调整管会损坏。因此，必须采用快速响应的过流保护电路。此外，当稳压电流出现故障时，输出会出现电压过高的现象，这就会对负载产生危害。因此，还要求有过电压保护电路。效率稳压电源是个换能器，因此，也有能量转换效率的问题。提高效率主要是降低调整管的功耗。2.2稳压电源质量指标输出电压1■Z'输出电压变化量E-K*11"输入调整因数Ar'蜘-4AT-V电压调整率温度系数*=当输出电阻稳压系数'2.3稳压电路的种类常用稳压电路

（小功率设备）稳压管线性开美型稳压电菖」稳地电路稳压电路—一—以下1要rF论线牲稳屋^11路.」1技率较高，目背用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍./电路最简单，但是帝负我能力差，一艘只提供基准电压，不作为电源使用°稳压电路的稳压过程1、当电源电压发生变化（负载不变）时:小f%—瓦。fA"气E—益成tJ稳压管的电流调节作用是这种稳压电路能够稳压的关键。R起着电压调整作用和限流保护作用。2、当负载发生变化（电源电压不变）时:第3章稳压电路保护稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。保护的方法II|反馈保护型温度保护型|11\截流型限流型在调整管旁制作PN结温度传感器1）截流型当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近为零。截流特性见图。流得以限制。限流特性见图第4章直流稳压电源的分类按稳定对象分有交流稳压电源和直流稳压电源。是交流还是直流要看稳压电源的输出电压是交流还是直流。按稳定方式分，有参数稳压电源和反馈调整稳压电源。按稳压电源的调整元件与负载的联接方式来分类，可以分为并联稳压电源和串联稳压电源两种。调整元件与负载并联的叫并联稳压电源或分流稳压电源。调整元件与负载串联的稳压电源叫做串联稳压电源。按调整元件分，有辉光放电管稳压电源，稳压管稳压电源，电子管稳压电源，品体管稳压电源，可控硅稳压电源等。按调整元件的工作状态分，有线性稳压电源和开关稳压电源。根据需要，还可以有其他分类方法，例如集成电极输出型、发射极输出型，高压、低压，通用、专用等。4.1电路拓扑结构选择电路拓扑结构有推挽型、全桥、半桥等。4.2控制方式的选择控制方式有三种：脉冲宽度调制型(PWM)：开关周期恒定，调节导通脉冲的宽度；脉冲频率调制型(PFM)：导通脉冲宽度恒定，调节开关工作频率；混合调制型：把PWM和PFM结合在一起。控制系统采用单片机为核心的控制系统，第5章电源的主电路图5.1电源主电路由图可见，电源主电路遵循一般逆变的AC-DC-AC-DC形式。栅极驱动电路以脉冲方式激励而交替地通断，将直流电压变换成20kHz的中频交变电压，中频变压器同时将大约220V电压降为24V左右的电压，然后经输出整流器整流滤波，输出直流电压。

第6章纹波的抑制电源纹波产生途径:低频纹波高频纹波(3)闭环调节器引起的纹波6.2、本文采取的措施211\.LC。式中的f0为开关电源逆变器的逆变在抑制低频纹波采取下图所示的低频滤波器，该方法是在高频开关整流电压与输出之间串入某一形式的滤波器同时滤去高频开关逆变造成的因PWM调节引起的差模纹波和整流后的低频纹波。图中L与C1或L与C的取值要合理选用。一般L与C或L211\.LC。式中的f0为开关电源逆变器的逆变图6.1低频滤波器电路图在抑制高频纹波本文采取的是合理布线的方法。结束语本文针对目前国内用于电源是品闸管静态逆变器，其逆变频率限制在8KHz以下，实际产品一般仅为1KHz左右。本文通过应用IGBT逆变器设计大功率的直流稳压电源。本文首先介绍了所设计的大功率直流稳压电源的组成结构和控制原理，并就电源主电路、控制电路、保护电路以及控制系统软件的设计做了详细地分析。主电路系统由输入滤波整流电路、逆变电路、高频变压器、输出整流滤波电路组成。逆变电路采用输出功率较大的IGBT全桥式逆变结构，绝缘栅双极品体管（IGBT）具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大等优点。根据大功率直流稳压电源的外特性的要求，设计中使用电压、电流双闭环反馈系统来控制电源外特性，得到的电源特性既有较好的功率特性，又有外拖特性，故系统有很好的外特性。文中详细讨论了上述电路的设计要点及参数确定，以16位单片机80C196KC为控制核心，组成大功率直流稳压电源的控制系统。单片机通过采样电路中的电压、电流值，与给定值比较后可自动调节，同时还可显示电路中的电压、电流值，具有监控功能。所以此系统不仅具有较高的可靠性，还具有良好的工艺性能。由于使用了高频器件，整个系统具有小型化、轻量化、高效率等优点，符合现代大功率直流稳压电源的发展潮流，故本系统具有较好的发展前景。致谢词在本次论文设计过程中，老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导，使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中，老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将会一直激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢。最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。参考文献田晓波，王文革.大功率直流稳压电源的设计与分析[J].光电对抗与无源干扰，2002，(1)：02-10.禹宏云，李艳.智能化的直流稳