1、DCDg路設(shè)計一.題目設(shè)計一個PWMFF關(guān)穩(wěn)壓電源。要求：輸入電壓1-2V升壓5-20V一.設(shè)計萬案萬案1:實驗原理開關(guān)穩(wěn)壓電源原理如圖和串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路相比，電路增加了LC濾波電路以及產(chǎn)生固定頻率的三角波電壓發(fā)生器和比較其組成的控制電路。Vi為整流濾波電路輸出電壓，Vb為比較器輸出電壓。Vb>0時，三極管飽和導(dǎo)通，二極管D截止，電感儲能，電容充電，。而Vb<0時，三極管截止，濾波電感產(chǎn)生自感電勢，二極管導(dǎo)通，于是電感中儲存的能量向負載釋放。輸出電壓Vo位Vo=qV1,q為脈沖波形的占空比，故稱脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源當(dāng)Vf>Vref時，比較放大器輸出電壓Va為負值，Va與固定

2、頻率三角波電壓Vt相比較，得到Vb的的方波波型，其占孔比q<50%便輸出電壓下降到預(yù)定的穩(wěn)壓值。同理，V1下降，Vo也下降，Vf<Vref,Va為正值，Vb的占空比<50%輸出電壓上升到預(yù)定值。具體實驗電路三角波發(fā)生器電路為tk2:DC/D吸換器的基本類型開關(guān)電源是進行交流/直流、直流/直流，直流/交流的功率變換的電源，其核心部分就是DC/DC變換器。其工作原理：控制通/斷電時間比可以改變的電子開關(guān)元件，將直流電能變換為脈沖狀交流電能，然后通過儲能元件或變壓器對脈沖交流電能的幅度按人們的要求做必要的變換，再經(jīng)平滑濾波器變?yōu)橹绷鳌Ｉ龎盒妥儞Q器如圖表1,當(dāng)開關(guān)管VT導(dǎo)通時，電流經(jīng)

3、電感L和開關(guān)管入地，電感上的電壓降左端為正，右端為負，隨著電流的增大，儲存于電感中的磁能增大；當(dāng)開關(guān)管截止時，電感上的電壓調(diào)轉(zhuǎn)極性，左端為負，右端為正，二極管導(dǎo)通，電流對電容C充電。可見，輸出電壓UO1于輸入電壓UI。在VT導(dǎo)通,VD截止期，負載上的電流是有電容放電維持的。在開關(guān)管和二極管導(dǎo)通時的電壓降遠比輸入的電壓小時，則在VT導(dǎo)通期間ILMAX=ILMIN+UI/L*ton在VT截止期間ILMIN=ILMAX-(UO-UI)/L*toff由以上二式可得UO=UI(ton-toff)/toff=1/(1-D)*UIuH圖表1a.b兩點為輸出電壓u當(dāng)占空比為0.9時,輸出電壓為13.2V0.5

4、時，輸出電壓為15.0V方案3：電路原理:串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，當(dāng)負載電流較大時，調(diào)整管的集電極損耗相當(dāng)大，電源效率低，開關(guān)電源克服了上述缺點，調(diào)整管工作在飽和導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，由于管子飽和導(dǎo)通時管壓降Vmffi截止時管子的漏電流Icq皆很小，管耗主要發(fā)生在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，電源效率可達到8090，且體積小，重量輕。開關(guān)型穩(wěn)壓電路和串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路相比，電路增加了LC濾波電路以及脈寬調(diào)制電路（由產(chǎn)生固定頻率的三角波發(fā)生器和比較器組成），電路輸出電壓平均值為：V0=Ton/T（VI-VCES）+（-VD）Toff/TVITon/T=qVI上式中，Ton是調(diào)整管T的導(dǎo)通時間，To

5、ff是調(diào)整管T的截止時間，并忽略電感的支流壓降,q=Ton/T為脈沖波形占空比。在閉環(huán)情況下，電路能通過負反饋調(diào)節(jié)占空比，從而自動調(diào)節(jié)電壓。電路設(shè)計：該電路需要設(shè)計一個三角波發(fā)生電路，開關(guān)電路，濾波電路，負反饋電路，和一個減法器（比較放大作用）。先做子電路：1.三角波發(fā)生電路圖示如下：（封裝為“三角波”子電路）0,05 UF10k Ohm該電路參數(shù)如下：周期：T=4(RW1/R2)RW2c=1ms頻率：f=1/T=1KHZ三角波峰值：V0=(RW1/R2)Vz«10V波形圖如下：/十/十/ h z f /K=4 (V2-V1)2.減法器作用對兩輸入端電壓求差，然后放大一倍。輸入分別為

6、基準(zhǔn)電壓VRET和反饋電壓VF,輸出電壓Va可在一定范圍浮動。從而調(diào)節(jié)占空比，來控制穩(wěn)壓電路輸出電壓VQ減法器電路如下：(封裝為“減法”子電路)電路參數(shù)設(shè)置如圖，可得：Vout=(R4/R3)(V4-V3)=(R4/R3)(1+2R2/R1)(V2-V1)當(dāng)穩(wěn)壓電路的輸入電壓VI增加導(dǎo)致VO增大，從而VF增大，為了能穩(wěn)壓，電路必須能使方波占空比減小，從下面分析會看到，也就是使Va減小.所以VF接V1,VRET接V2.子電路設(shè)計好了，下面來看完整的串聯(lián)型開關(guān)型穩(wěn)壓電路，具體電路如下圖:外部輸入電壓有波動，通過穩(wěn)壓電路后可得到穩(wěn)定的電壓輸出。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，可調(diào)節(jié)反饋電壓大小，從而調(diào)節(jié)占空比大

7、小，這樣便滿足輸出電壓在520V可調(diào)。電路調(diào)試首先對電路進行理論計算：VO=qVI三角波峰值電壓Vmax=10V基準(zhǔn)電壓Vret=3V減法器放達倍數(shù)為4變阻器系數(shù)a貝U:q=10+4(3-aVo)/20所以：Vo=1.1VI/(1+0.2aVI)當(dāng)滑動變阻器調(diào)到90%寸，輸出電壓5V;當(dāng)滑動變阻器調(diào)到2%寸，輸出電壓20V;當(dāng)滑動變阻器調(diào)到2%90吸問時，卒出電壓20V5V之間;與理論計算值誤差內(nèi)近似相等。三角波電路產(chǎn)生的波形及經(jīng)比較器后產(chǎn)生的波形如下:故障及實驗中遇到問題分析電路設(shè)計過程中遇到的主要問題如下：1 .最初設(shè)計時沒有用減法器，而是用理想比較器這樣，由于比較器輸出電壓只有Vma/口

8、-Vmax兩個值，這樣便不能起到脈寬調(diào)制的作用.特別是當(dāng)三角波峰值低于Vmax是，三角波會被淹沒，這樣后面的比較器失去作用，如果VF>VREF三級管始終導(dǎo)通，電容電感都不起作用，電路變成了串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路.此時電路仍能起到穩(wěn)壓作用就是這個原因.這是電路設(shè)計時常見錯誤.為了避免這個錯誤，可用減法器(放大4倍)代替比較器.2 .但設(shè)計完電路后經(jīng)過思考發(fā)現(xiàn)，減法器的設(shè)計有些復(fù)雜，其實只要一個負反饋電路就能實現(xiàn)比較放大作用，放大倍數(shù)同樣可很容易的調(diào)到。3 .在作三角波發(fā)生器時，單獨作在一張圖上時，能產(chǎn)生非常穩(wěn)定和完美的三角波型，然而，把三角波發(fā)生器集成封裝后，連入電路，卻發(fā)現(xiàn)波形變得不穩(wěn)定.經(jīng)

9、過思考，可能是以下兩個原因：(1)由于負載接入使波形變得不穩(wěn)定.(2)軟件問題，電路運算量太大，導(dǎo)致錯誤.因為此時電路運算非常慢，要以毫秒來計時.究竟是不是這兩個原因，或是其他原因，還需要深思.4 .還有一些沒有解決的問題，如電容和電感取怎樣的值最好.總結(jié)與討論：1 .電路改進建議(1)滑動變阻器可用一個子電路替代，該子電路由電阻和開關(guān)構(gòu)成，不同的開關(guān)可輸出不同的反饋電壓.從而提高電路的調(diào)節(jié)效率.如下圖(2)減法器變?yōu)榉答伒谋容^放大器，如下圖VW(3)增加保護電路.當(dāng)輸入電壓過大或過小時，保護電路.2 .設(shè)計總結(jié)電路設(shè)計過程中，要用到的模擬電路知識，需要認真復(fù)習(xí).另外波形分析過程中要特別注意細

10、節(jié)，思考電路的工作過程，不要被一些假象迷惑.實驗中用到的器件與儀器：1 .比較器，電感，電容，電阻，穩(wěn)壓管，三級管.2 .電壓表，示波器.波形發(fā)生器.萬案4:具體電路設(shè)計1、降壓型(1)電路形式(2)、工作波形射極對地電壓集電極電流二極管VD 的電流電感中電流L(1)電容c中電完iS)輸出電壓U(o)(3)原理U(i)為輸入直流電壓，U(o)為輸出直流電壓改變基極驅(qū)動電壓信號的占空比，也就是改變信號發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號的占空比，我們就可以控制三極管的導(dǎo)通時間，通過控制導(dǎo)通時間就可以控制電感、電容的充放電時間，這樣就可以改變輸出電壓U(o)的大小。假設(shè)在一個周期(T)時間內(nèi)三極管的導(dǎo)通時間為T(

11、on),截止時間為T(off)0那么，在T(on)期間，二極管VD截止，流過晶體管的電流和流過電感L的電流均增大，而且增量相等。電感上電壓降的極型是左端為正，右端為負，可見U(o)<U(i),電流對電容C充電。在充電過程中隨著電感L內(nèi)電流的增加，存儲于磁場中的能量也逐漸增加。經(jīng)過T(on)后，三極管截止。電感L中的電流減小，電壓降的極性是左端為負右端為正，電流通過二極管。存儲于磁場中的能量逐漸減小，電容C則放電。通常電容C的電容很大，故充放電引起的電壓變化遠比輸出直流電壓U(o)小。經(jīng)過分析可知：U(p)=U、乎=DUi)(D為方波信號的占空比)由上式可見，改變占空比，即可改變輸出電壓U

12、(o)2、極性反轉(zhuǎn)型(1)電路形式BJT信號發(fā)生器(2)工作波形信號發(fā)生器輸出方波波龍電容翱中電流一柢營中電流電感中電流(3)原理當(dāng)三極管導(dǎo)通時，電感中的電流由小到大，電感L上的電壓上正下負，二極管截止，U(i)向L提供電能；當(dāng)三極管截止時，電感L上的電壓調(diào)轉(zhuǎn)極性，上負下正，二極管導(dǎo)通，電感L中電流不斷減小，電感中磁能向電容轉(zhuǎn)移的同時,也有一部分電流流向負載。可見，輸出電壓和輸入電壓極性相反。假設(shè)三極管在一個周期(T)時間內(nèi)導(dǎo)通時間為T(on)截止時間為T(off),經(jīng)過分析可知：i(ofr)由上式可以看出，改變方波信號的占空比就可以控制三極管的導(dǎo)通、截止時間,從而控制輸出電壓絕對值的大小。3

13、、放大型(1)電路形式BJTD-H(2)工作波形方波波形電容器中電流二極管中電流電感中電流(3)原理三極管導(dǎo)通時，電流經(jīng)電感L和三極管入地，電感上的電壓降是左端為正，右端為負。隨著電流的增大，電感中的磁能增大，當(dāng)三極管截止時，電感上電壓調(diào)轉(zhuǎn)極性，二極管導(dǎo)通，電流對電容C充電。可見，輸出電壓U(o)高于輸入電壓U(i)。假設(shè)三極管在一個周期(T)時間內(nèi)導(dǎo)通時間為T(on)截止時間為T(off),經(jīng)過分析可知:l-D(D為方波占空比)由上式可以看出，改變方波信號的占空比就可以控制三極管的導(dǎo)通、截止時間,從而控制輸出電壓的大小。電路的調(diào)試1、 降壓型PWMfe路的調(diào)試具體電路如下：T-*可以在EW升

14、對所附電路方案4-降壓型.ewb進行相關(guān)調(diào)試，其調(diào)試結(jié)果如下：(1)相關(guān)參數(shù)為：用60V的穩(wěn)壓電源做為輸入電源，信號發(fā)生器的輸出方波其頻率為2KHZ幅值為11V,電感為5mH電容為470uF,電阻為100歐姆。(2)改變方波的占空比所的輸出電壓U(o)(單位為V如下占空比(%)122S5065758594uco)5.08.313.815.616.517.820.0注：輸出電壓有小范圍波動，上表的結(jié)果為近似，如果在電路后再加上濾波電路，那么輸出電壓降很穩(wěn)定。2、極性反轉(zhuǎn)型電路的調(diào)試(1)相關(guān)參數(shù)用30V的穩(wěn)壓電源做為輸入電源，信號發(fā)生器的輸出方波其頻率為1.5KHZ幅值為11V,電感為20mH電

15、容為470uF,電阻為100歐姆。(2)改變方波的占空比所的輸出電壓U(o)(單位為V)如下占空比網(wǎng)20253540474950U(0)-5.169-12.0-14.047.9-194-20,2注：輸出電壓有小范圍波動，上表的結(jié)果為近似，如果在電路后再加上濾波電路，那么輸出電壓降很穩(wěn)定。3、放大型電路的調(diào)試具體電路如下:(ZL8)電路中信號發(fā)生器輸出三角波，與反饋的電壓信號來控制運算器的輸出電壓，運算器的輸出電壓控制三極管的導(dǎo)通時間，從而控制電容的沖放電。當(dāng)輸出電壓變小時，反饋的電壓變小使三極管的導(dǎo)通時間變長，使輸出電壓增大；當(dāng)輸出電壓變大時，反饋的電壓變大使三極管的導(dǎo)通時間變短，使輸出電壓增

16、小。由上面的分析可知，電路將輸出穩(wěn)定的電壓信號。（1）相關(guān)參數(shù)三角波幅值為10V,頻率為IKHz,其它參數(shù)見上面的電路圖。（2）調(diào)試結(jié)果在上面的參數(shù)條件下電路輸出穩(wěn)定20V電壓。可對所附電路方案4一放大型.ewb結(jié)論和討論1、結(jié)論所設(shè)計的降壓型電路和極性反轉(zhuǎn)型電路能輸出所要輸出的電壓值（極性反轉(zhuǎn)型電路的輸出極性反轉(zhuǎn)）范圍為520V,放大型電路輸出穩(wěn)定的20V電壓，所設(shè)計電路均能夠達到設(shè)計要求。2、 討論（1）上面電路中信號發(fā)生器的頻率要高（1KHz以上），這樣才能保證后面的的電容、電感能夠充放電。如果頻率很低，那么所充的電能太多而不能放出將使方波信號對輸出電壓大小的影響減弱。筆者就曾在低頻率條

17、件下對輸出電壓進行了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)方波信號占空比的改變對輸出電壓大小的影響極小。（ 2） 在電路原理中推出的理論表達式是在電感中的電流是連續(xù)的，電容的電壓變化遠比輸出電壓小的假設(shè)之下，因此要使理論值與實際值接近就必須使電感的電感量和電容的電容量都應(yīng)該足夠大。與之相比較的是負載電阻，在開關(guān)頻率，電感的電抗應(yīng)遠大于負載電阻；而電容的電抗應(yīng)遠小于負載電阻。（ 3） 本實驗所選電路的輸出電壓有小范圍的波動，如果在后面再加上濾波電路那么輸出將很穩(wěn)定。實驗中三極管工作在飽和和截止兩中狀態(tài)，因此做為基極控制電壓的方波信號的幅值較大，本實驗中所用的方波信號的幅值為11V。如果方波信號的幅值太小，那么三極管不能

18、導(dǎo)通，這將使方波信號的控制作用無效；如果方波信號的幅值太大（大于集電極電壓），此時三極管不能正常工作。方案5：一、具體電路設(shè)計：1 電路原理圖：2 電路波形：3 電路原理：升壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源又稱并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源。因為開關(guān)晶體管與負載幾孚是并聯(lián)的（中間申一只續(xù)流二極管）下圖為開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理方框圖工作波形如下:其穩(wěn)壓原理如下：假設(shè)由于輸入電壓或負載電流改變而引起輸出電壓發(fā)生變化時，采樣電路將此信號送入比較放大器和基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生一個誤差信號，進行放大，放大后的誤差信號送到脈沖調(diào)制回路，改變其脈沖占空比，再將此脈沖送到開關(guān)晶體管，使流過電感的電流發(fā)生變化，從而維持輸出電壓的穩(wěn)定(1) 011

19、期間：開關(guān)管BG導(dǎo)通，電感二端電壓為Ui,此時續(xù)流二極管D處于截止?fàn)顟B(tài)，E中電流線性上升，可求的方程:i為電感在t=0時的起始電流。T=t1時電感中電流達到最大值，磁場能量也達到最大值(2) t112:BM止時間開關(guān)晶體管BG截止，電感倆端的電壓極性顛倒，他在導(dǎo)通期間的磁場能量一部分開始向電容釋放，另一部分向負載釋放。可求的U0=Ui/(1-6)其中5=Ton/T4元器件的選擇：(1)、電感Lc=Uo6(1-6)2/2Iof選擇時L必須滿足L>Lc。L不能取太大,太大會使電源動態(tài)特性變差，且電感體積與重量加大，優(yōu)點是可減少輸出的紋波電壓，本實驗L=20mH。(2)、電容選擇與紋波電壓關(guān)系密切，Upp=Io(1-Ui/Uo)/Cf，所以電容選擇要考慮紋波電壓，加大C值可減少紋波電壓，但體積重量也會隨之加大，所以要權(quán)衡考慮，一般選用具有良好高頻特性的電解電容。隨著工作頻率加大，可選用小值電容。本電路選用C=100口F。(3)開關(guān)調(diào)整管應(yīng)選取飽和壓降Vces和穿透電流Iceo小的功率BJT,為減小管耗，通常要求開關(guān)轉(zhuǎn)換時