





























控制开关管,将直流电压加到开关变压器初级开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载输出部分通过定的电路反馈给控制电路,控制占空比,以达到稳定输出的目的。
开关电源中,开关器件开关状态的控制方式主要有占空比控制和幅度控制两大类。
幅度控制方式即通过改变开关的输入电压的幅值而控制输出电压大小的控制方式,但要配以滑动调节器占空比控制方式占空比控制又包括脉冲宽度控制和脉冲频率控制两大类。
脉冲频率控制脉冲频率控制是指开关控制电压的脉冲宽度即不变的情况下,通过改变开关工作频率改变单位时间的脉冲数,即改变而达到控制输出电压大小的种方式,又称脉冲频率调制控制。
脉冲宽度控制脉冲宽度控制是指开关工作频率即开关周期固定的情况下直接通过改变导通时间来控制输出电压大小的种方式。
因为改变开关导通时间就是改变开关控制电压的脉冲宽度,因此又称脉冲宽度调制控制。
如图所示。
图开关电源的原理框图控制方式的优点是因为采用了固定的开关频率,因此,设计滤波电路时就简单方便其缺点是受功率开关管最小导通时间的限制,对输出电压不能作宽范围的调节,此外,为防止空载时输出电压升高,输出端要接假负载。
目前,集成开关电源大多采用控制方式,本设计就是采用这种方式。
半桥式开关电源原理半桥式电路的工作原理及波形如图所示。
在半桥式电路中,变压器次绕组两端分别连接在电容,的中点和开关,的中点。
电容,的中点电压为。
与交替导通,使变压器初级形成幅值为的交流电压。
改变开关的占空比,就可改变二次整流电压的平均值,也就改变了输出电压。
导通时,二极管处于通态,导通时,二极管处于通态,当两个开关都关断时,变压器绕组中的电流为零,根据变压器的磁动势平衡方程绕组和中的电流大小相等方向相反,所以和都处于通态,各分担半的电流。
或导通时电感上的电流逐渐上升,两个开关都关断时,电感上的电流逐渐下降。
和断态时承受的峰值电压均为。
变压器绕组还需要串接小容量的电容,由于电容的隔直作用,半桥式电路对由于两个开关导通时间不对称或,电容电压不能精确到输入电压的半而造成的变压器次电压的直流分量有自动平衡作用,因此不容易发生变压器的偏磁和直流磁饱和。
图半桥式电路的工作原理为了避免上下两开关在换流的过程中发生短暂的同时导通现象而造成短路损坏开关器件,每个开关各自的占空比不能超过,并应留有余量。
当滤波电感的电流连续时,有。
如果输出电感电流不连续,输出电压将高于式中的计算值,并随负载减小而升高,在负载电流为零的极限情况下有。
控制器如图所示,控制电路般主要由以下几部分组成基准电压稳压器提供个供输出电压进行比较的稳定电压和个内部电路的电源图控制电路振荡器为比较器提供个锯齿波和与该锯齿波同步的驱动脉冲控制电路的输出误差放大器,使电源输出电压与基准电压进行比较,以正确的时序使输出开关管导通的脉冲倒相电路。
其基本工作过程如下,输出开关管在锯齿波的起始点被导通。
由于锯齿波电压比误差放大器的输出电压低,所以比较器的输出较高,因为同步信号已在斜坡电压的起始点使倒相电路工作,所以脉冲倒相电路将这个高电位输出使导通,当斜坡电压比误差放大器的输出高时,比较器的输出电压下降,通过脉冲倒相电路使截止,下个斜坡周期则重复这个过程。
电源中采用的芯片为。
是美国通用电气公司生产的第二代芯片,是的改进型,军品级,脚封装。
它是采用双级型工艺制作的新型模拟数字混合集成电路,性能优异,所需外围器件较少。
它的主要特点是输出级采用推挽输出,双通道输出,占空比可调,每通道的驱动电流最大值可达,灌拉电流峰值可达。
可直接驱动功率管,工作频率最高,具有欠压锁定过压保护和软启动等功能。
第二章电池的充电原理本章介绍了可充电电池的常用充电方法和充满检测判断方法。
可充电电池电池是种把化学能转变为低压直流电能的装置,般又称为化学电源或化学电池。
它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极,两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中,当连接在外部载体上时,通过转换其内部的化学能来提供能。
作为种电的贮存装置,当两种金属通常是性质有差异的金属浸没于电解液之中,它们可以导电,并在极板之间产生定电动势。
电动势大小或电压与所使用的金属有关,不同种类的电池其电动势也不同。
从电解质上分电池可分为次性电池和可充电电池二次电池两种。
次性电池包括碱锰电池锌径。
第三增强受搔扰体的抗搔扰能力。
要彻底消除设备的电磁搔扰及对外部切电磁搔扰信号不敏感是不可能的只能通过制订系统内设备与设备之间的相互允许产生的电磁搔扰大小及抵抗电磁搔扰的能力,才能使电气设备及系统间达到电磁兼容性的要求。
本系统采用的防电磁干扰的方法主要有使用电源噪声滤波器电源噪声滤波器是种无源低通滤波器,它无衰减地将交流电传输到电源,而大大衰减随交流电传入的噪声同时又能有效地抑制电源设备产生的噪声,阻止它们进入交流电网干扰其它电子设备,降低传导搔扰。
采用热敏电阻热敏电阻是种以过渡金属氧化物为主要原材料制造的半导体陶瓷元件,具有电阻值随着温度的变化而相应变化的特性。
即在定的测量功率下,电阻值随温度上升而下降。
利用这特性,能有效地抑制开机时的浪涌电流,并且在完成抑制浪涌电流作用以后,由于通过其电流的持续作用,其电阻值将下降到非常小的程度,它消耗的功率可以忽略不计,不会对正常的工作电流造成影响,所以,在电源输入端接入热敏电阻,是抑制开机时的浪涌电流引起的,保护电子设备免遭破坏的最为简单而有效的措施。
电源中采用的是负温度系数热敏电阻。
吸收网络开关电源工作时,在功率开关管导通的瞬间,高频变压器中会出现很大的电流。
在功率开关管过激励时,将在高频变压器的初级产生尖峰脉冲。
所以在高频变压器的初级次级绕组上并接网络,可达到抑制尖峰电压吸收变压器噪声的效果。
采用快恢复特性二极管整流二极在电源工作时处于高频通断状态,由脉冲变压器次级线圈整流二极管和滤波电容构成了高频开关电流环路,如果电容器滤波不足或高频特性不良,电容器上的高频阻抗会使高频电流以差模形式混在输出直流电压上成为差模骚扰,影响负载电路的正常工作。
另方面,二极管在正向导通时结内的电荷被积累,二极管加反向电压时积累的电荷将消失并产生反向电流。
由于二次整流回路中在开关转换时频率很高,即由导通转变为截止的时间很短。
在短时间内要让存储电荷消失就产生反电流的浪涌。
由于直流输出线路中的分布电容分布电感的存在,便因浪涌引起干扰成为高频衰减振荡。
这种高频衰减振荡在直流输出端形成差模骚扰。
这两种形式的骚扰高次谐波成分丰富,频率高端可达数十上百兆赫兹,它们还可能通过内部电路的相互感应转化成输入输出端的共模骚扰及通过空间向外传播辐射骚扰。
在二次整流回路中,整流二极管非常关键。
在开关电源的整流回路中,快速恢复的肖特基二极管是种较好的选择。
电源中采用的是。
屏蔽屏蔽是利用导电或导磁材料将电磁能量限制在定空间范围内的抑制辐射干扰的种有效措施对于屏蔽材料的选择原则是,当干扰电磁场的频率较高时,选用高电导率的金属材料,屏蔽效果较好当干扰电磁场的频率较低时,选用高磁导率的金属材料,屏蔽效果较好在些场合下,如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时,往往采用高电导率和高磁导率的金属材料组成多层屏蔽体。
电源将高频变压器扼流圈用铝外壳进行屏蔽,并可靠接地。
而且对整机采用铸铝外壳进行屏蔽。
有效地抑制了电磁干扰和射频干扰。
接地正确接地是抗干扰设计中最为重要的问题。
在设计中如果能把接地和屏蔽正确地结合,可以很好的消除外界干扰的影响。
接地设计的目的是为信号电压提供个实际的电位参考点,以消除噪声电压以及电磁场和地电位差对系统的影响。
地线般有数字地模拟地功率地信号地等等。
交流地与功率地流过的电流较大,信号地交流地和功率地应该分开。
同时,数字地和模拟地也应该分开。
接地阻抗应该尽量小,接地线应该构成环路。
布线时,接地线应尽量加粗。
若接地线很细,接地电位将会随电流的变化而变化,使系统的抗噪声性能变坏。
此外,还应该尽可能使电源线地线的走向和数据线的走向致,这也有助于增强抗噪声能力。
布线对于开关电源设备内部元器件的布局必须整体考虑电磁兼容性的要求,设备内部的干扰源会通过辐射和串扰等途径影响其它元器件或部件的正常工作,研究表明,在离干扰源定距离时,干扰源的能量将大大衰减,因此,合理的布线有利于减小电磁干扰的影响。
对于开关电源,般须遵守以下布线原则主电路输入线与输出线分开走线滤波器输入线与输出线分开走线主电路线与控制信号线分开走线④高压脉冲信号线分开单独走线分开布线要避免平行走线,可以垂直交叉,线束之间距离在以上电缆不要贴着金属外壳和散热器走线,保证定距离第五章可充电稳压电源的软件设计本章主要介绍智能充电稳压电源的充放电控制方法和软件设计,首先介绍主流程,然后分别介绍各功能实现子程序的控制流程。
软件主流程软件主要由主程序中断子程序各功能实现子程序和处理子程序组成。
软件主流程如图所示。
单片机上电后,首先初始化,然后通过扫描按键等待用户操作,旦确认操作,会根据状态量决定所要执行的功能。
在各功能模块中,旦发生会产生不同的号,并停止输出,送入处理模块,直到处理完。
对有的,例如输入欠压,当电压正常时电源会自动恢复工作,不需人工干预。
图主程序流程图转换子程序电源的转换是由单片机内部的位转换器来完成的,能够满足检测精度的要求。
其功能实现如图所示。
图转换控制流程图电源使用的充电控制设计电源充满检测方法电源采用的充满检测方法有零法最长时间和最大电压法。
在采样后进行软件数字滤波,减小了误差,提高了检测准确率。
充电方式为脉冲组合式充电,频率为。
每个脉冲又分为份。
前份打开充电开关,完成充电功能,并进行电流的转换。
第份关闭充电开关,打开放电开关,插入放电脉冲,进行间歇式放电。
第份空闲,放电开关关闭,并进行电压的转换,以检测。
实验证明,在无电流的方式下进行电池电压的转换,不会因电流误差而误检到,这样就能够将输出线延长,以达到充电方便的目的。
通过脉冲式充电,间歇式放电的方法并利用完整的三次放充循环可以有效地消除镍镉镍氢电池的记忆效应。
镉镍氢镍电池的充满检测方法采用零检测的方法,同时考虑充电时间和电池最高电压方法。
采用零电流测量电压和软件滤波可有效的消除的误检测
