1kw双路直流稳压电源的研制
课题以串联型直流稳压电源为基本架构，220V交流电经变压器降压、整流、滤波后，通过运放采样输出电压控制调整管的输出实现输出电压的稳定。该直流稳压电源能够实现电压从0到100V可调，电流从0到5A可调，输出功率达到1000W，输出双路具有恒压恒流功能，按下跟踪开关能实现电压或电流跟踪，输出双路具有可串可并的特点。论文围绕1kW双路直流稳压电源的研制开展理论研究与硬件设计，具体研究工作如下概述了课题研究的背景和意义，介绍了直流稳压电源发展现状与发展趋势，安排了课题需要做的工作。对直流电源的分类和线性电源的设计方案进行了对比分析，突出了本课题设计方案的优越性。介绍了双路直流稳压电源设计思想和设计步骤，分析了系统基本结构，并且介绍了双路直流稳压电源实现的功能和硬件电路原理。结合参考资料利用protel 99se绘制了1kW双路直流稳压电源的硬件原理图，主要有整流电路、变压器绕组切换电路、滤波电路、双路串并联电路、恒压恒流电路以及输出电压电流功率显示电路等。通过示波器、万用表等工具对焊接好的硬件电路进行调试，找出了本次直流稳压电源设计中存在的不足。对本次课题设计进行总结，展望了将来还需要进一步完成的工作。关键词 直流稳压电源，恒压恒流，双路串并联，采样
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 2
1.3 工作安排 4
2 直流稳压电源的基本知识 4
2.1 基本工作原理 4
2.2 基本硬件框图 5
2.3 基本参数指标 6
2.4 基本方案论证 8
3 硬件模块电路设计 10
3.1 整流电路 10
3.2 滤波电路 11
3.3 变压器绕组自动切换电路 13
3.4 恒压恒流电路 15
3.5 基准稳压电源电路 16
3.6 双路串并联电路 18
3.6.1 独立输出模式 18
3.6.2 串联跟踪输出模式 19
3.6.3 并联跟踪输出模式 20
3.7 单片机电压电流显示电路 21
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4 设计难点 22
4.1 均压 22
4.2 均流 22
4.2.1 改变单元输出内阻法 22
4.2.2 主从控制法 23
4.2.3 外部电路控制法 24
4.2.4 平均电流型自动负载均流法 24
4.2.5 最大电流自动均流法 24
4.2.6 小结 24
5 调试分析 25
5.1 实验波形 25
5.2 实物图形 27
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录 32
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
高科技设备的发展离不开电源技术的进步，高精度电源已经广泛应用于通信、航空航天、电子设备、工业等领域。电源主要有交流电源和直流电源之分，当然这些电源的电路拓扑有着天壤之别，复杂程度也不尽相同。电源已经广泛应用于我们的生活中各种电子产品中，因此，加强对电源技术的研究和提高对促进未来电子技术、电力电子技术发展都有着及其重要的意义。
当前，大部分电子产品的供电电源都是采用36V以下的直流电，并且对电压的精度有着严格的要求。调查显示，约60%的电子设备的损坏都归因于电源系统[1]。开关电源因其较大的纹波和电压尖峰等不能满足这些对电压有着严格要求的电子产品。而线性电源因其低纹波、高精度等优势成为精密电子产品供电电源。因而加强对线性直流稳压电源的研制有着十分重要的意义[2]。
直流稳压电源的种类多样，应用广泛。下图是当前市场上常见的一些直流稳压电源，其中包括线性电源、开关电源和数控电源等。随着科学技术的不断进步，电子元器件的发展，也涌现了一些新型直流稳压电源，如感应式直流稳压电源、硅整流直流稳压电源等。后来又随着电力电子技术的出现以及控制技术的发展，不仅有将220V交流变为稳定直流电的直流稳压电源，也出现了将低压直流电逆变为220V交流电的逆变器以及DCDC电路和ACAC变频器等一系列电源产品[3]。
直流稳压电源是把交流电压或者交流纹波略大、不稳定的直流电压转换成稳定的纹波较小的直流电压，并且在输入电压波动或输出电流变化时仍然能够保持输出电压的稳定的电子装置。直流稳压电源的输入是220V交流电，输出是连续可调的直流。当交流供电电压或负载产生变化时，直流输出电压都会保持稳定。直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定度和高可靠性的方向发展提出了更高的要求。
图1.1 各式各样的直流稳压电源
1.2 研究现状和发展趋势
上世纪起，随着系统对高效率和低功耗的需求，电子和数据通信设备的技术更新推动了电源行业中直流/直流电源变换器向高灵活性和智能化的方向发展[4]。在上世纪80年代第一代分布式发电系统开始转向到上世纪末第四代分布式供电结构，直流/直流电源行业面临着新的挑战，即如何在原来直流电源的基础上进一步提高效率和进行智能化数字控制。随着直流电源技术的飞速发展，直流电源朝着智能化、高效化、小型化的方向发展，并且涌现出了一系列的电源管理芯片，实现了电源的集成化。如今智能模块电源采用电流控制模式和集中散热技术实现多任务监控，具有高效、可靠性高、辐射低等一系列优点。它的投入使用将解决大功率电源的制造、运输及维修等困难，而且和传统电源相比约节能20%的优势，奠定了它将是未来大功率直流电源的首选[5]。
由于电子技术的特性，电子设备对电源的要求就是能够提供连续稳定满足负载要求的电能，这种电能通常是直流电能。提供这种稳定直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源中占有非常重要的地位。此外，电子入门者首先要解决电源问题，否则就无法后续学习，更无法谈及入门。
目前，直流稳压电源主要分为开关电源和线性电源，二者各有其优缺点。它们的基本原理框图如下。开关电源因其体积小、重量轻、效率高等优势广泛应用于一些对电源要求不是特别高的电子设备中。但对于一些对电源有着苛刻要求的电子设备中，开关电源因其较大的尖峰干扰和开关噪声等而不被认可。这时，线性电源因其电压质量高、纹波小等优势成为供电的首选电源。开关电源可以广泛应用于各类家电和办公设备，例如家庭中的电脑、电动车充电器、UPS电源、多功能一体打印机等电子设备中[6]。而线性电源广泛应用于功放电路、电解电镀等设备中[7]。
图1.2 开关电源系统框图
图1.3 线性电源系统框图
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 2
1.3 工作安排 4
2 直流稳压电源的基本知识 4
2.1 基本工作原理 4
2.2 基本硬件框图 5
2.3 基本参数指标 6
2.4 基本方案论证 8
3 硬件模块电路设计 10
3.1 整流电路 10
3.2 滤波电路 11
3.3 变压器绕组自动切换电路 13
3.4 恒压恒流电路 15
3.5 基准稳压电源电路 16
3.6 双路串并联电路 18
3.6.1 独立输出模式 18
3.6.2 串联跟踪输出模式 19
3.6.3 并联跟踪输出模式 20
3.7 单片机电压电流显示电路 21
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4 设计难点 22
4.1 均压 22
4.2 均流 22
4.2.1 改变单元输出内阻法 22
4.2.2 主从控制法 23
4.2.3 外部电路控制法 24
4.2.4 平均电流型自动负载均流法 24
4.2.5 最大电流自动均流法 24
4.2.6 小结 24
5 调试分析 25
5.1 实验波形 25
5.2 实物图形 27
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录 32
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
高科技设备的发展离不开电源技术的进步，高精度电源已经广泛应用于通信、航空航天、电子设备、工业等领域。电源主要有交流电源和直流电源之分，当然这些电源的电路拓扑有着天壤之别，复杂程度也不尽相同。电源已经广泛应用于我们的生活中各种电子产品中，因此，加强对电源技术的研究和提高对促进未来电子技术、电力电子技术发展都有着及其重要的意义。
当前，大部分电子产品的供电电源都是采用36V以下的直流电，并且对电压的精度有着严格的要求。调查显示，约60%的电子设备的损坏都归因于电源系统[1]。开关电源因其较大的纹波和电压尖峰等不能满足这些对电压有着严格要求的电子产品。而线性电源因其低纹波、高精度等优势成为精密电子产品供电电源。因而加强对线性直流稳压电源的研制有着十分重要的意义[2]。
直流稳压电源的种类多样，应用广泛。下图是当前市场上常见的一些直流稳压电源，其中包括线性电源、开关电源和数控电源等。随着科学技术的不断进步，电子元器件的发展，也涌现了一些新型直流稳压电源，如感应式直流稳压电源、硅整流直流稳压电源等。后来又随着电力电子技术的出现以及控制技术的发展，不仅有将220V交流变为稳定直流电的直流稳压电源，也出现了将低压直流电逆变为220V交流电的逆变器以及DCDC电路和ACAC变频器等一系列电源产品[3]。
直流稳压电源是把交流电压或者交流纹波略大、不稳定的直流电压转换成稳定的纹波较小的直流电压，并且在输入电压波动或输出电流变化时仍然能够保持输出电压的稳定的电子装置。直流稳压电源的输入是220V交流电，输出是连续可调的直流。当交流供电电压或负载产生变化时，直流输出电压都会保持稳定。直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定度和高可靠性的方向发展提出了更高的要求。
图1.1 各式各样的直流稳压电源
1.2 研究现状和发展趋势
上世纪起，随着系统对高效率和低功耗的需求，电子和数据通信设备的技术更新推动了电源行业中直流/直流电源变换器向高灵活性和智能化的方向发展[4]。在上世纪80年代第一代分布式发电系统开始转向到上世纪末第四代分布式供电结构，直流/直流电源行业面临着新的挑战，即如何在原来直流电源的基础上进一步提高效率和进行智能化数字控制。随着直流电源技术的飞速发展，直流电源朝着智能化、高效化、小型化的方向发展，并且涌现出了一系列的电源管理芯片，实现了电源的集成化。如今智能模块电源采用电流控制模式和集中散热技术实现多任务监控，具有高效、可靠性高、辐射低等一系列优点。它的投入使用将解决大功率电源的制造、运输及维修等困难，而且和传统电源相比约节能20%的优势，奠定了它将是未来大功率直流电源的首选[5]。
由于电子技术的特性，电子设备对电源的要求就是能够提供连续稳定满足负载要求的电能，这种电能通常是直流电能。提供这种稳定直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源中占有非常重要的地位。此外，电子入门者首先要解决电源问题，否则就无法后续学习，更无法谈及入门。
目前，直流稳压电源主要分为开关电源和线性电源，二者各有其优缺点。它们的基本原理框图如下。开关电源因其体积小、重量轻、效率高等优势广泛应用于一些对电源要求不是特别高的电子设备中。但对于一些对电源有着苛刻要求的电子设备中，开关电源因其较大的尖峰干扰和开关噪声等而不被认可。这时，线性电源因其电压质量高、纹波小等优势成为供电的首选电源。开关电源可以广泛应用于各类家电和办公设备，例如家庭中的电脑、电动车充电器、UPS电源、多功能一体打印机等电子设备中[6]。而线性电源广泛应用于功放电路、电解电镀等设备中[7]。
图1.2 开关电源系统框图
图1.3 线性电源系统框图
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