隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來

越多，對電源的要求更加靈活多樣。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源，是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源，這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源技術(shù)比較成熟。并且已有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等特點。但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器和隔離之用，濾波器的體積和重量也很大。而調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低，一般只有45%左右，另外，由于調(diào)整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，于是它很難滿足電子設(shè)備發(fā)展的要求。從而促成了高效率、體積小、重量輕的開關(guān)電源的迅速發(fā)展。

開關(guān)型穩(wěn)壓電源就是采用功率半導體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整

輸出電壓。以功率晶體管(GTR)為例，當開關(guān)管飽和導通時，集電極和發(fā)射極兩端的壓降接近零，在開關(guān)管截止時，其集電極電流為零，所以其功耗小，效率可高達70%~95%。而功耗小，散熱器也隨之減小，同時開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對電網(wǎng)電壓進行整流濾波調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器;此外，開關(guān)工作頻率在幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。因此開關(guān)電源具有重量輕，體積小等特點。另外，由于功耗小，機內(nèi)溫升低，從而提高了整機的穩(wěn)定性和可靠性。而且其對電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動范圍為220V+10%，而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓從110V~260V范圍內(nèi)變化時，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓。

前 言

本次設(shè)計是實現(xiàn)小型開關(guān)穩(wěn)壓電源，為了深入研究該課題，實現(xiàn)理論與實際相結(jié)合，應(yīng)用電力電子技術(shù)解決開關(guān)穩(wěn)壓電源的分析和設(shè)計。直流開關(guān)穩(wěn)壓器中所使用的大功率開關(guān)器件價格較貴,其控制電路亦比較復雜,另外,開關(guān)穩(wěn)壓器的負載一般都是用大量的集成化程度很高的器件安裝的電子系統(tǒng)。晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差。因而開關(guān)穩(wěn)壓器的保護應(yīng)該兼顧穩(wěn)壓器本身和負載的安全。通常選用電力電子元件加以組合控制,構(gòu)成完善的開關(guān)電源系統(tǒng)。直流開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入一般都是未穩(wěn)壓直流電源。由于操作失誤或者意外情況會將其極性接錯,將損壞開關(guān)穩(wěn)壓電源，因此，許多開關(guān)穩(wěn)壓電源需要很多保護電路。極性保護的目的,就是使開關(guān)穩(wěn)壓器僅當以正確的極性接上未穩(wěn)壓直流電源時才能工作。

通過此次系統(tǒng)設(shè)計，不僅深刻理解了電力電子技術(shù)這門課的學習任務(wù)和目標，而且達到了理論和實際相結(jié)合的效果，更重要的是該系統(tǒng)還可以進一步完善。

目錄

第一章. 開關(guān)穩(wěn)壓電源簡介

1.1開關(guān)穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)

圖1畫出了開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖及等效原理框圖，它是由全波整流器，開關(guān)管V，激勵信號，續(xù)流二極管Vp，儲能電感和濾波電容C組成。實際上，開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心部分是一個直流變壓器。這里我們對直流變換器和逆變器作如下解釋。逆變器，它是把直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞯难b置。逆變器通常被廣泛地應(yīng)用在采用電平或電池組成的備用電源中。

直流變換器，它是把直流轉(zhuǎn)換成交流，然后又把交流轉(zhuǎn)換成直流的裝置。這種裝置被廣泛地應(yīng)用在開關(guān)穩(wěn)壓電源中。采用直流變換器可以把一種直流供電電壓變換成極性、數(shù)值各不同的多種直流供電電壓。

1.2開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點 [1].功耗小，效率高。在圖1中的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中，晶體管V在激勵信號的激勵下，它交替地工作在導通—截止和截止—導通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右，在一些技術(shù)先進的國家，可以做到幾百或者近1000kHz。這使得開關(guān)晶體管V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達到80%。

[2].體積小，重量輕。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒有采用笨重的工頻變壓器。由于調(diào)整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因，所以開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積小，重量輕。 [3].穩(wěn)壓范圍寬。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進行補償，這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以開關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果很好。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。這樣，開關(guān)穩(wěn)壓電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點，而且實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，設(shè)計人員可以根據(jù)實際應(yīng)用的要求，靈活地選用各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源。

[4].濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz，是線性穩(wěn)壓電源的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了500b倍。在相同的紋波輸出電壓下，采用開關(guān)穩(wěn)壓電源時，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/500—1/1000。

[5].電路形式靈活多樣。例如，有自激式和他激式，有調(diào)寬型和調(diào)頻型，有單端式和雙端式等等，設(shè)計者可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設(shè)計出能滿足不同應(yīng)用場合的開關(guān)穩(wěn)壓電源。