【单端隔离型高频开关电源研究5800字（论文）】

单端隔离型高频开关电源设计目录TOC\o"1-3"\h\u254681引言 页1引言单端隔离型的高频开关电源就我们现在运用情况来看它是可以在多个领域来进行使用的，同时也适合用于各种不同的应用于各种电器设备，还有我们的现在的工业控制设备电器中。我们现在的如旋转变压器就是一种非常具有代表性的设备。它能够用改变不同的角度来进行进一步的改变我们所有输出电压，从而为控制设备提供控制信号。采用单端高频开关电源为旋转变压器供电，可实现对系统电信号的控制，将非电量转换为电量。在航空航天装备方面，高频信号的性能和可靠性将决定飞机的安全运行和作战效能。新型高频开关电源自动控制系统具有电路简单、控制复杂、控制灵活、通用性强等优点。当我们的电源有关的运用出现了一定的发生变化时，我们还可以对于一般的软件参数对我们有关的来进行一定的调整，便于进一步集中控制。采用新型数字控制系统后，高频开关电源具有起动平稳、运行稳定、控制精度高、调试维护方便、体积小等优点。对于设计的要求是必须要有一定的频率稳定的单端型电压高频正弦波。对于输出波形没有明显失真以及输出电压为25V～65V连续可调且是有效值。2单端隔离型高频开关电源的硬件原理与设计单端参考电压电源，通过分频电路得到单端电压信号，通过积分电路将电压转换成正弦波方波，为了增加电压的幅值将通过放大电路放大，最终输出电压的有效值在25v至65v之间通过升压变压器。通过检测电路得到直流电压，先将采集到的模拟信号转换成数字信号，然后将采集到的电压值传给单片机，最后通过单片机将电压数字显示到放大器电路中，为了保证tda7294在放大器电路中的正常运行，单片机控制系统还通过稳压电路提供电压。高频开关电源设计原理流程图如图3－1所示。振荡电路分频电路积分电路放大电路振荡电路分频电路积分电路放大电路图2－1单端电压高频开关电源设计原理流程2.1振荡电路对于我们的电压的分析的有关情况来看，为了获得更加好的高频率稳定振荡信号，我们一般是用到了石英晶体组成的有关的晶体振荡器来进行相关的试验。对于我们用于振荡的石英晶体来说就如我们的电路符号和振荡电路如图2-2所示。图2－2振荡电路石英晶体的两个针脚在交变电场作用下，产生有利于某一频率的机械变形，机械振动产生交变电场。一般来说，机械振动和交变电场的振幅都很小。然而，当我们使用的交变电场的频率已经达到一定量来看时，它的振幅就会突然开始变的大起来，一般情况下都会产生一定的共振现象，我们一般称其为压电的振荡。这个特定的频率就是石英晶体的固有频率，也就是共振频率。石英晶体具有很好的选频特性，串联谐振频率fs很稳定，等效品质因数q很高。通常来说只有飞秒频率的有关信号是最容易来进行的，所以一般来说我们的振荡频率的信号在晶体的作用之下开始了衰减。两个逆变器4069的输入输出之间的电阻r并联，使逆变器工作在线性放大器中。R的电阻值为3.3k，2.7k电容c1用于两个逆变器之间的耦合，c2用于抑制高次谐波以确保稳定的频率输出。电容器c2的选择应导致2rc2fs≈1，使rc2并联网络将有极点在飞秒，以减少共振信号损失。应选择c1，使c1在频率fs处的电容抗可以忽略不计。就现在的电路的振荡频率仅仅仅是弱于我们的晶体的一起串联谐振频率相关fs，与电路中的r和c值无关。这是因为电路对飞秒频率有最强的正反馈，并且容易维持振荡。为了改善振荡器的输出波形，提高其带负载的能力，通常在振荡器的输出端增加级逆变器4069。输入信号是4mhz，所以输出信号频率是4mhz。2.2分频电路2.2.1CD4024分频器在我们进入CD4024分频器是时间段的时候，我们的CD4024现在选择的是多位二进制输出串行计数器因为他是它是7位的串行计数或分配器。如图3－3所示。图2－3CD4024分频器使用非常简单方便。Cd4024在集成电路中分为7个计数拥有属性，每一级都有输出终端，即q1~q7。当cd4024计数工作时，q1是cp脉冲的二分之一;q2是q1输出的二分之一;q3是q2输出的二分之一......所以fq7=f2cp。进入cd4024的4096千赫信号是2048千赫，在q1,1024千赫，在q2,512千赫，在q3,256千赫，在q4,128千赫，在q6，输出信号在q7是32千赫。然后32千赫信号进入cd4024分压器，第二分压器的输出信号在q1端是16千赫，在q2端是8千赫，在q3端是4千赫。2.2.274LS90计数器它由一个1位二进制计数器和一个异步5位计数器组成。如果计数脉冲由clk0输入，q0输出，则得到二进制计数器，如果计数脉冲由clk1输入，计数脉冲由q1~q3输出，则得到五位计数器，如果q0连接到clk1，计数脉冲由clk0输入，计数脉冲由q0~q1输出，这是一个8421码的十进制计数器。因此，这个电路也称为二十进制计数器。图2－474LS90计数器一般管脚图在这个设计中，信号由clk1输入，输出由q1~q3引导，这是一个五位计数器。Q3是clk1的输出，q2是q3的输出，q3输出的4khz信号是800hz的信号输出。这个点的输出波形是脉冲波形。输出800赫兹信号到下一个分频d触发器。2.2.3D触发器边沿型D触发器如图3－5所示。图2－5D触发器边缘型触发器的特点是当输出状态发生变化时，只能在时钟脉冲cp的上升沿触发。当qn和cp信号有效时，输出状态qn+1的值仅取决于输入信号。具有这种特性的触发器叫做边缘触发器。D触发器是一种延迟触发器，无论当前触发器的状态是0还是1，当cp脉冲的上升时间到来时，该触发器的状态将变为与输入值d相同的状态，相当于在d触发器中存储数据d。表3-1是边缘型d触发器的功能表。表2－1边沿型D触发器DQnQn+1说明001101010011输出状态与D端状态相同从功能表写出D触发器的特性方程为：（3.1）D是采用的一般的触发器为也是一个二分频触发器。所以我们Q输出的信号为正常的方波。单端电压方波要进行二次积分，整形变成正弦波。2.3积分电路3.3.1方波变三角波电路如图3－6（a）所示。由图可见，在理想条件下，图3－6（a）基本积分电路(3.2)如果电容两端的初始电压为零，则(3.3)当Ui(t)是幅值为Ei的阶跃电压时 (3.4) 在运行的时候我们的一般还是采用输出电压U(t)随时间开始来线性下降，由于显示的图（3－3）可知，当我我们的时间常数RC开始慢慢的数值越大，这样就会达到一个U值所需要的时间越长。图2－6（b）图2－6（c）这里是显示的输入为阶跃电压时的输出波形输入为方波时的输出波形当Ui(t)是峰值振幅为Uip-p的方波时，Uo(t)的波形则为三角形波，如图2－6（c）所示。这时，根据式（2.4），输出电压的峰—峰值为（2.5）在实际的集成电路中，反馈电阻rf通常连接在集成电容c的两端，如图2-6(a)所示。射频的作用是产生负直流反馈，以减小集成运算放大器输出的直流漂移。然而，射频的存在会影响积分器的线性积分关系，此时输出的积分波形将看起来像图2-6(b)中的虚线。因此，为了提高积分器的线性度，射频值应该大一些，但不利于抑制直流漂移，因此射频值应该适中。2.3.2三角波变正弦波如图2－7所示。经过二次积分所得到的波形是正弦波，但此时正弦波是带有直流的波形，频率是单端电压。经过整形滤出直流波形变成正弦波。图2－7三角波变正弦波三角波再经过一次积分变成正弦波。然后进入放大电路，输出电压的幅度不够所以要经过多次放大。2.4放大电路2.4.1负反馈放大反馈:部分或全部所谓的放大器输出(电压或电流)以某种方式返回到放大器输入端。我们有时把反馈放大器称为闭环放大器，把反馈放大器称为开环放大器。它可以分为负反馈和正反馈。反馈输入信号可以使原始输入信号减小，即负反馈或正反馈。通过比较反馈前后的输入变化，如果反馈是负的，净输入减少，反之亦然。(网络输入是反馈后的输入)判断方法是:瞬时极性法。首先，反馈网络与放大器的输入部分断开，然后将输入信号设置为正极性变化，然后观察反馈量为正极性或负极性，如果反馈量为负极性，则意味着反馈量削弱了输入信号，因此为负反馈。反过来就是正反馈。负反馈对放大率的影响(1)负反馈使放大倍数下降由放大倍数的一般表达式：

（2.6）引入负反馈后，放大倍数下降了(1+FA)倍。负反馈提高放大倍数的稳定性我们用相对变化量来表示（对上式求导）：（2.7）从上式我们可以看出放大倍数的稳定性也提高了（1+FA）倍。负反馈可以使放大电路的非线性失真减小，它还可以抑制放大电路自身产生的噪声。本设计选用的是加法电路如图2－9所示。现在我们的反相比例可能是在放大器的基础上来进行比较的几个点，同时我们也输入支路进行有关的组成反相求和运算电路。如图所示，其输出电压为（2.8）如果，则。图2－9加法电路根据我们的图分析可知经过两级负反馈放大调整输出的仍为的正弦波形，电压幅值适当调节。2.4.2TDA7294放大Tda7294是由意大利著名的音频功率放大器微电子学公司推出的新型dmos大功率集成电路。工作电压范围宽(vcc+ve)=80v，输出功率高(高达100w音乐输出功率)，具有静音待机功能，以及过热、短路保护功能。非常低的噪音和失真，非常大胆的声音质量，因为它的内部电路从输入到输出都是场效应器件。Tda7294的实际功率可达50w功率放大器芯片，过热保护性能良好。当放大器芯片的加热温度低于最大允许值时，输出信号波形始终保持正常。只有在放大器ic金属板温度达到115度后才能关闭。相对于其他高功率放大器芯片，tda7294确实是最好的之一。实际应用表明，当放大器在4欧元负载上输出1瓦功率时，信噪比大于75分贝，在4欧元负载上输出50瓦功率时，信噪比高达95分贝。TDA7294如图2－10所示。该器件为15脚封装,各端脚作用如下：脚为待机端；⑵脚为反相输入端；⑶脚为正相输入端；⑷脚接地；⑸、⑾、⑿脚为空脚；⑹脚为自举端；⑺脚为+Vs(信号处理部分)；⑻脚为-Vs(信号处理部分)⑼脚为待机脚；⑽脚为静音脚；⒀脚为+Vs(末级)；⒁脚为输出端；⒂脚为-Vs(末级)。图2－10TDA7294芯片TDA7294主要参数如表2－2所示。表2－2TDA7294参数TDA7294主要参数Vs（电源电压）±10V～±40VIO（输入电流峰值）10APO（RMS连续输出功率）当Vs=±35V、R=8Ω时PO=70W当Vs=±27V、R=4Ω时PO=70W音乐功率（有效值）当Vs=±38V、R=8Ω时P=100W当Vs=±29V、R=4Ω时P=100WTda7294具有电压高、噪声低、失真小的特点。短路电流和过热保护功能使其性能更加完善。Tda7294标准应用电路如图3-11所示。电路的闭环增益为30分贝。增大或减小r3或r2可以提高放大器的增益，而减小增益，r5、r6和c3则决定静止时间常数，静止时间常数随增益值的增大而增大，随控制端与低电位连接而减小。当控制终端与vs连接时，因为(r5+r6)>r4，某10)英尺比某9英尺的东西在脚后升到高电位，并先关闭成低电位，这使得待机和关机过程处于静默状态，以确保放大器开关无噪声。图2－11TDA7294标准应用电路信号经C1、R1输入IC正相输入端⑶脚。R7和IC第⑵脚的R3、C3、C4构成负反馈网络，本放大器的闭环增益约34倍。⑼、⑽脚分别是待机、静音端，由于第⑽脚R、C网络时间常数比第⑼脚大，使得开关机均在静音下进行，避免了开关冲击声，C7为自举电容。通过TDA7294放大后输出信号频率仍为电压的幅值在40V左右。然后通过升压变压器，变压比为1：4，得到的电压幅值为170V左右，则有效值在65V左右。经过检波电路后，得到直流电压，有效值在25V～65V之间，频率仍为单端。3电子控制单元电路+V1和-V1的电源如图3－3所示。图3－3+V1和-V1供电模块+V1和-V1分别提供+30V和-30V电压供给TDA7294所用。继电器的定义继电器是一种自动控制装置，当输入量(电、磁、声、光、热)达到一定值时，输出量会发生跳跃式变化。继电器也是开关，但不同于一般的开关，继电器不是机械控制的，它是一定的输入信号(如电流、电压或其他热、光等非电信号)来实现自动开关电路的“开关”.因此，这是一个自动电子元件。继电器有多种分类方法，可根据动作原理、形状和尺寸、保护特性、接触负荷、产品用途等进行分类。时间继电器、温度继电器等。继电器是一种新型的无触点开关，它利用开关三极管的开关特性，实现无触点、无火花，但可以通断电路，控制信号通过发光二极管使光、光源和继电器连接到三极管导通，使电能转化为磁能，使继电器开关关闭，从而输出v1电压。V3和V5的电源如图3－4所示。图3－4V3和V5供电模块V3和V5通过芯片7805分别提供+5V电压。V2和V4的电源如图3－5所示。图3－5V2和V4供电模块V2和V4通过芯片LM317分别提供+9V电压。4测试结果4.1分步调试过程测量表4－1测量值电路波形测试电压振荡电路正弦波4.63V分频电路CD4024分频方波6.49V74LS90分频脉冲波形3.17VD触发器方波3.12V积分电路正弦波0.56V放大电路负反馈放大正弦波1.76VTDA7294放大正弦波42.6V升压变压器正弦波170.4V检波电路正弦波60V（有效值）在调试过程中，振荡电路的频率非常稳定，因为这种设计要求频率非常高的稳定性，所以必须通过石英晶体振荡电路给整个电路一个稳定的信号。由于cd4024是由d触发器构成的分频电路，所以输出的波形为方波。积分电路完成后，正弦波与直流波经整形成正弦波。在tda7294放大之前，电压振幅不够大，所以要通过tda7294放大，放大倍数很大，从图表中可以看出。4.2输出结果的测量通过测量旋转变压器的输出电压，测试结果满足要求。分解器可以改变的最大转换比是0.45。如果输入电压为10v，最大输出电压为4.5v，设计通过旋转变压器转角，则电压的有效值为＝60V。所以输出电压的值为60V，与设计所输出的电压值相吻合。图4－1示波器显示电压的图形图4－1为通过示波器显示的波形（示波器显示通过升压变压器后的波形），电压为最大值为Vmax＝170V,时间即为t＝s。电压的有效值为＝60V