1、本科毕业论文（20 届）29V/280W 机载直流电源所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -29V/280W 机载直流电源哈尔滨理工大学学士学位论文- II -摘要随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨重的线性电源。电力电子技术的发展，特别是大功率器件 IGBT 和 MOSFET 的迅速发展，将开关电源的工作频率提
2、高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路 、推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。本论文是基于芯片 UC3637 的开关电源系统设计。主要工作内容有查阅资料，了解课题的背景、意义及学习相关技术知识。 比较分析并设计变换器电路，主电路的设计及参数设定。 控制电路结构和参数设计仿真验证 PCB 板设计，焊接，调试实验。 关键词：电力电子；开关电源; 降压斩波电路Abstra
3、ct哈尔滨理工大学学士学位论文- III -With the switch power source extensive use in the field of computer, communicate by letter, aeronautics and astronautics, instrument appearance and domestic appliances etc., people increases by gradually to whose need amounts, have brought forward higher request to aspect such
4、as power source efficiency, bulk factor and reliability. The switch power source is small with its efficiency height volume， weight makes light of to wait for advantage to have substituted the inefficient , both stupid and serious linearity power source in many aspects step by step. The electric pow
5、er electronic technology development, specially high efficiency component IGBT and the MOSFET rapid development, enhances the switching power supply operating frequency to the quite high level, enable it to have the high stability and GaoXingjia compares and so on the characteristic. One of switchin
6、g power supply technology main uses is serves for the information industries. The information technology development also set a higher request to the power source technology, thus promoted the switching power supply technology development. Switch power source high frequency alternation circuit form
7、many, forms such as alternation circuit in common use having the buck chopper、boost chopper 、buck-boost chopper 、sepic chopper 、zeta chopper 、 push-pull , entire bridge , the bridge , only upright exciting and single end exciting partly on the contrary. This paper is based on UC3637chip of frequency
8、 switching power supply system design. The main content of the work to have access to information, understand the background of the subject, significance and study the related knowledge. Comparative analysis and the design of converter circuit, main circuit design and parameter setting. Control circ
9、uit structure and parameter design and Simulation of PCB board design, welding, debugging and testing.Keywords: power electronic；Switching power supply; buck chopper哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -目录第 1 章 绪论 .11.1 课题研究的目的与意义 .112 开关电源技术发展现状与发展趋势 .1第 2 章 功率变换模块技术要求 .52.1 总述 .52.1.1 产品名称 .52.1.2 安装部位 .52.1.3 连接框图
10、.52.1.4 产品功能 .52.2 技术要求 .52.2.1 产品性能要求 .52.2.2 产品工作环境要求 .92.2.3 产品接口要求 .92.2.4 产品重量要求 .122.2.5 产品试验要求 .12第 3 章 主电路 .133.1 整流电路 .133.1.1 整流电路原理图 .133.1.2 整流电路的切换及整流方式 .133.1.3 整流电路器件参数计算 .143.2 BUCK 斩波电路 .143.2.1 BUCK 斩波电路原理图 .143.2.2BUCK 斩波电路分析与参数计算 .15第 4 章 控制电路 .184.1 控制电路的 PWM 产生器 .184.1.1 控制电路原理
11、图 .184.1.2 三角波发生电路 .184.1.3 闭环 PID 控制电路 .194.1.4 过电流保护电路 .204.2 驱动 .20第 5 章 检测电路 .225.1 电源切换功能： .225.1.1 电源切换电路的要求 .225.1.2 电源切换电路原理图 .23哈尔滨理工大学学士学位论文- V -5.1.3 电源切换电路的工作过程 .235.2 欠电压自检及保护功能 .245.2.1 欠电压自检及保护功能的技术要求： .245.2.2 欠电压自检及保护电路原理图 .245.2.3 欠电压自检及保护电路原理分析 .245.3 过电压自检及保护功能 .255.3.1 过电压自检及保护功
12、能的要求： .255.3.2 过电压自检及保护电路原理图 .255.3.3 过电压自检及保护电路原理分析 .265.4 发电机供电系统接入检测功能 .275.4.1 发电机供电系统接入检测功能用途： .275.4.2 发电机供电系统接入检测功能原理图 .275.4.3 发电机供电系统接入检测功能原理分析 .275.5 机载 28V 电源接入检测功能 .285.5.1 机载 28V 电源接入检测功能用途： .285.5.2 机载 28V 电源接入检测功能原理图 .285.5.3 机载 28V 电源接入检测功能原理分析 .285.6 斩波失效过压保护功能 .285.61 斩波失效过压保护功能用途
13、.285.62 斩波失效过压保护功能原理图 .285.63 斩波失效过压保护功能原理分析 .295.7 桥式/半波整流切换功能 .305.71 桥式/半波整流切换功能用途 .305.72 桥式/半波整流切换功能原理图 .305.8 转速检测功能 .315.8.1 转速检测功能用途 .315.8.2 转速检测功能原理图 .315.8.3 转速检测功能原理分析 .31第 6 章 启动电路 .326.1 稳压芯片供电电路设计 .326.2 驱动隔离电路设计 .32第 7 章 设备调试 .347.1 设备实物图 .347.2 测试波形 .36致谢 .39参考文献 .40附录 A.41附录 B .51哈
14、尔滨理工大学学士学位论文- VI -哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题研究的目的与意义形形色色的移动通讯设备、便携式娱乐设备、车载设备等电子产品的发展日新月异，它们越来越强调多功能、小体积以及绿色环保等特性，这将推动电源管理技术的蓬勃发展。以3G智能手机、便携多媒体播放器、GPS导航设备、MP3播放器为代表的便携式消费电阿子产品，对长电池使用时间、高功能集成度和小外形因子等方面提出更高要求，DCDC 开关电源，电源管理单元(PMU )等电源产品不断推陈出新。电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60来自电源。因此，电源
15、越来越受到人们的重视。现代电源，就是其调整管工作在线性放大区，开关稳压电源的调整管工作在开关状态。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的种电源。从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子和电器设备领域，计算机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。由于其高效节能可带来巨大经济效益，从而得到迅速推广口1。分布式电源的发展及与lT技术的结合，对传统的电路系统造成巨大的影响，带来了对电路系统概念的革新，在同一电路系统中越来越广泛地使用分布式开关电源，使电路技术产生显著进步，形成了新型的专项技术。开关电源技术是分布式开关电源的
16、关键技术，与传统的线性电源相比，开关电源具有高效率、高可靠性、体积小、响应速度快、稳定性高、内在限流保护等优点，使其在电源管理芯片中得到了广泛的运用。12开关电源技术发展现状与发展趋势我们常说的电源管理芯片实际上是指具有自动控制环路和保护电路的变换芯片，是开关电源的核心控制芯片。电源管理芯片在90年代中后期问世，由于替换了大部分分立器件，使开关电源的整体性能得到大幅度提高，同时降低了成本，因而显示出强大的生命力。开关电源的发展已有30多年历史，早期的产品开关频率很低，成本昂贵，仅用于卫星电源等少数领域。20世纪60年代出现过晶闸管相位控制式开关电源，70年代由分立元件制成的各种开关电源，均因效
17、率不够高、开关频率低、电路复杂、调试困难而难于推广、使之应用受到限制嘲。70年代后期以来，随着集成电路设计与制造技术的进步，各种开关电源专用芯片大量问世，这种新型节能电源才重获发展。将控制、驱动、保护、检测电路一起封装在一个模块内。由于外部接线、焊点减少，可靠性显著提高。集成化、模块化使电源产品体积哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -小、可靠性高，给应用带来极大方便。电源的集成化，使得它被广泛应用十电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域中。随着半导体技术和微电子技术的不断发展，集成度高、功能强大的大规模集成电路的不断出现，使电子设备的体积在不断的缩小，重量在不断的减轻，与之相比，电源要笨重的
18、多。在现代电子产品中，电源体积要比微处理器大几十倍，如何减小开关电源的体积，面临着新的挑战，提高频率也是开关电源要面临的问题。理论分析和实践经验表明，电器产品的体积、重量随供电频率的平方根成反比的减少，所以当把频率从50Hz提高到20kHz，提高400倍，用电设备的体积、重量大体上降至高频设计的550。但是，频率提高以后，对整个电路中的元器件又将有新的要求，因此高频工作下的有关电路元器件也有待于进一步的研究嘲。国外开发电源管理芯片的厂商很多，主要有IR，MAXIM，ST，TI等，他们的产品都已经非常成熟，能够提供高质量、全系列的电源管理芯片，包括升压、降压、升降压，固定、可调输出，不同负载能力
19、的芯片。目前，手机、数码相机、MP3播放器、以及个人电脑等便携式设备的需求量的逐年增大，带动适合于电池供电电源管理芯片的发展。凌特(Linear tech)，TI，INTERSIL等公司根据市场需求，开发出了大量适合于便携式设备的电源管理芯片，如凌特公司的同步降压型稳压器LTC3412A ，工作频率高达4MHz ，效率高达95，在输出电压低至0.8V时，输出电流高达3A。INTERSIL 公司的ISL88550A 驱动两个外部N通道 MOSFET，从2V 到25V的输入中产生低至07V的输出电压，输出电流高达20A，效率高达95。我国对开关稳压电源的研制工作开始于60年代初期，70年代起，我国
20、在黑白电视机、中小型计算机中开始应用5V,20 200A、20kHz、AC D C开关电源。80年代进入大规模生产和广泛应用阶段，并开发研究0.55MHz 准谐振型软开关电源。80年代中，我国通信电源ACDC及DCDC开关电源应用领域中所占比重还比较低。80年代末，我国通信电源大规模更新换代，传统的铁磁稳压整流电源和晶闸管相控稳压电源为大功率AC DC开关电源所取代，并开始在办公室自动化设备中得到应用。90年代我国又研制开发了一批新型专用开关电源，如卫星上用的开关电源、远程火箭控制系统用的DCDC开关电源等。在国内，由于信息、家电领域，特别是电信领域的迅猛发展，推动了电源市场的发展。我国在上述
21、领域普遍采用了开关电源。其中，通信DCDC电源是增长速度最快的一部分。预计中国开关电源市场总额在70亿元人民币以上，模块电源所占的比例将会越来越大。国内开关电源自主研发及生产厂家有300多家，形成规模的有十多家n。具有代表性的有上海岭芯微以便携式和大功率DCDC 的LDO、升压、降压、充电、电荷泵、模拟开关、LED背光等国产开关电源为主，杭州士兰微电子股份有限公司的电源管理芯片业务主要在LED驱动、哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -集成电源、ACDC等三个领域，成都国腾微电子有限公司目前主要定位在充电管理IC上。国产电源芯片已占据了相当市场，并有少量开始出口。然而，同国产手机、DVD机产业一
22、样，其红红火火的表象难掩其缺乏核心芯片技术的尴尬。国内电源整机厂家所用的电源管理芯片均由国外公司提供。这些芯片厂商普遍能够提供令国内厂家满意的电源管理芯片，但是，由于没有国内厂家参与竞争，他们的报价几乎都在其成本的四倍左右。这样，不但使电源整机的成本居高不下，大部分利润被国外厂商剥夺，而且技术上受制于人，很难实现大的突破。所以，开发具有自主知识产权的电源管理芯片已是形势所迫。对于高端技术，如同步整流技术、有源嵌位技术、软开关技术、平面变压器技术等，由于其成本高、工艺复杂、配套能力差、国内行业认可度低等诸多原因，都没有在产品中大规模使用。因此，在未来几年内，200W以上功率模块电源的市场份额仍将
23、可能以国外产品为主导。我国模块电源产业存在的另一个问题是，市场的大幅度发展和进入电源研制生产的门槛较低，资金投入不大、对生产设备和进行低档次产品研制所需技术的要求都不高，从而产生了大量民营企业，它们以价格为武器，参与市场竞争，这不利于整个电源产业的正常发展。随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越宽广，电子设备种类也越来越多。电子设备的小型化和低成本化促使电源向轻、薄、小和高效率方向发展。电子电源是对公用电网或其它电能进行变换和控制，并向各种用电负载提供优质电能的供电设备，它可分为线性电源和开关电源两种。单片开关电源集成电路自1994年问世以来，引起了国内外电源界的普遍关注，现已成为极
24、具发展前景和影响力的一项高新技术产品。单片开关电源以其低损耗、高效率及电路简洁等显著优点而受到人们青睐，并广泛应用于计算机、便携式电子设备、仪器仪表、通信设备及家用电器产品中。随着技术的进步，DCDC开关电源朝着高可靠、高稳定、低噪声、抗干扰和实现模块化方向发展：（1）专用化：对通信电源等大功率系统，采用集成的开关控制器和新型的高速功率开关器件，改善二次整流管的损耗、变压器电容器小型化，达到最佳的效率。对于小型便携式电子设备，则主要是单片集成开关电源的形式，采用新型的控制方式和电路结构来减小器件体积、减小待机功耗，提供低输出电压、高输出电流以适应微处理器和便携式电子设备等产品电源系统的供电要求。（2）高频率：随着开关频率的不断提高，开关变换器的体积也随之减少，功率密度也得到大幅提升，动态响应得到改善。小功率DCDC 转换器的开关频率将上升到MHz。但随着开关频率的提高，开关元件和无源元件损耗的增加、高频寄生参数以及高频电磁干扰(EMI)等新的问题也将随
