电力电子课程设计-小型机载计算机开关电源的设计

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1、小型机载计算机开关电源的设计目录1引言11.1开关电源的发展11.2开关电源的特点11.3设计的基本要求22设计方案22.1使用回归式变换23具体电路设计33.1回扫式控制器选择33.2主电路设计43.3开关电源电路分析和保护电路83.4应用效果94总结105附录116参考文献11电力电子课程设计1引言1.1开关电源的发展随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任河电子设备都离不开司靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电于设备的小型化和低成本化使电源以轻、

2、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳压电源技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点。但其通常都需要体积大且笨重的工频变匣器与体积和重量都很大的滤波器、由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定。其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差．导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45％左右。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器．很难满足现代电子设备发展的要求。20世纪50年代，美

3、国宇航局以小型化、重量轻为日标，为搭载火箭开发了开关电源。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进人快速发展期。1.2开关电源的特点开关电源是近年来迅速发展起来的一种稳压电源，其主要组成部分是DC-DC变换器、AC-DC变换器，将不可控制的直流转化成可控的直流，再加上前

4、级工频整流滤波和自动控制闭环稳定输出以及必要的保护环节就构成了完整的开关电源。和相控电源与线性电源比较，开关电源可以省去笨重的工频变压器，可以得到更加稳定的输出;和线性电源比较，开关电源可以达到更高的效率。随着新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论以及新的软件不断的出现，使开关电源更上一层楼，达到了频率高、效率高、功率密度高、功率因素高、可靠性高的“五高”境界。开关电源由于有这些不可比拟的优越性，所以在各个方面都得到广泛的使用。12电力电子课程设计小体积、轻重量、高可靠性、高效率是航空电源始终追求的目标。随着微电子技术发展，采

5、用大规模和超大规模集成电路的机载计算机主机已越来越小型化，这就对其电源部件的体积和重量提出了进一步小型化的要求。机载计算机是一种抗恶劣环境的计算机，其电源部分也必须满足抗恶劣环境的要求，例如必须适应-55℃～+125℃的环境温度和较膏药范围的输入电压；同时还要耐振动、耐撞击、抗电磁干扰等。1.3设计的基本要求所设计的机载计算机开关电源具有抗恶劣环境和较强的抗电磁干扰能力。用途：所介绍的开关电源电路可广泛应用于便携式仪器、通信设备、航空机载电子设备，也可以作为模块化电源设计电路。表1、机载计算机开关电源技术要求输入交流电压115V输出直流电

6、压多路输出电压种类+5V±12V-32.5V输出电流4A0.2A0.05A稳压精度≤±1%≤±2%≤±2%纹波电压Vp-p50mV120mV300mV工作温度-55℃～+125℃2设计方案2.1使用回归式变换根据该电源部件输出电压种类多、给定的外型尺寸小、输入电压变化范围大、工作温度范围宽等特点，必须设计小型、高效、可靠的供电电源。为此，选择回扫式变换电路（又称flyback、ON-OFF型）进行设计，图1为其典型电路结构。此电路简洁可靠，主开关元件和变压器利用率很高，由于采用了峰值电感电流检测技术，可以灵敏地限制最大输出电流，因此高频脉

7、冲变压器不必设计较大的余量，特别适用于几百瓦以下功率的电源系统中。12电力电子课程设计图1回扫式典型电路结构（1）其中，VF为二极管正向压降；VSAT为Q1饱和电压降；Vo为输出电压；VIN为输入电压。电流临界连续时，初级绕组电感量为：(2)其中，fosc为开关频率；Pomin为轻负载时输出功率；η为转换效率；VINmin为最小输入电压；Dmax为最大占空比。3具体电路设计3.1回扫式控制器选择NationalSemiconductor公司最新推出的LM2588系列控制器旨在实现一种能够满足多路供电电压输出而无需进行复杂设计的高集成度电源

8、的解决方案。系统设计者使用它能很快地开发出小型、低成本、多路供电的电源系统。12电力电子课程设计图2LM2588内部结构3.2主电路设计（一）AC/DC变换的设计采用交流115V供电的开关电源