電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)模板

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目：1000w1000w推挽型穩(wěn)壓電源推挽型穩(wěn)壓電源院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電氣電氣133133 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 130303099 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 楊金玲楊金玲 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：起止時(shí)間：202015-12-29至至2015-1-9本科生課程設(shè)計(jì)（論文）II課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 電氣本科生課程設(shè)計(jì)（論文）III注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分

2、制計(jì)算學(xué) 號(hào)130303099學(xué)生姓名楊金玲專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣133課程設(shè)計(jì)（論文）題目1000W推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)功能為通信電子設(shè)備提供 48V 穩(wěn)壓范圍寬、大功率直流電源，以取代低效率的線(xiàn)性穩(wěn)壓電源。設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)1、方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證。2、整流電路設(shè)計(jì)。3、逆變電路設(shè)計(jì)。4、通過(guò)計(jì)算選擇器件的具體型號(hào)。5、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)或選擇。6、繪制相關(guān)電路圖。7、完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。8、進(jìn)行 matlab 仿真。要求要求1、文字在 4000 字左右。2、文中的理論分析與計(jì)算要正確。3、文中的圖表

3、工整、規(guī)范。4、元器件的選擇符合要求。技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)1、輸入電壓?jiǎn)蜗?70 260V。2、輸入交流電頻率4565HZ。3、輸出直流電壓48V恒定。4、輸出直流電流20A。5最大功率：1000W。6、穩(wěn)壓精度：直流輸出電壓整定值的1進(jìn)度計(jì)劃第 1 天：集中學(xué)習(xí)；第 2 天：收集資料；第 3 天：方案論證；第 4 天：主電路設(shè)計(jì)；第 5 天：選擇器件；第 6 天：確定變壓器變比及容量；第 7 天：確定平波電抗器；第 8 天：觸發(fā)電路設(shè)計(jì)；第 9 天：總結(jié)并撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)；第 10 天：答辯指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日本科生課程設(shè)計(jì)（論文）IV摘

4、要開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制 IC和 MOSFET 構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線(xiàn)性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線(xiàn)性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。

5、另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。生活中大多數(shù)的用電器都是開(kāi)關(guān)電源，常見(jiàn)的電視機(jī)，電腦，手機(jī)充電器都是開(kāi)關(guān)電源的具體應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由螨蟲(chóng)寬度調(diào)制控制 ic 和 mosfet 構(gòu)成。 本論文設(shè)計(jì)了一種推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。該開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)是以推挽電路為主，以變壓器為核心，采用了濾波器、輸出濾波電路等主要元器件，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定輸出。本論文所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源輸入為市電 220V 交流，輸出電壓為 48V，電流為 10A 的 1000W 開(kāi)關(guān)電源，在設(shè)計(jì)中，首先畫(huà)出主電

6、路圖，并說(shuō)明其工作原理，再通過(guò)基本計(jì)算，選擇觸發(fā)電路和保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)以及晶閘管的型號(hào)和變壓器的變比及容量，完成本設(shè)計(jì)的任務(wù)。 關(guān)鍵詞：推挽電路；開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源;PWM 控制方式本科生課程設(shè)計(jì)（論文）V目目 錄錄第第 1 1 章章 緒論緒論 .1 11.11.1 電力電子技術(shù)概況電力電子技術(shù)概況 .1 11.21.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容本文設(shè)計(jì)內(nèi)容 .2 2第第 2 2 章章推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì) .3 32.12.1 推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案 .3 32.22.2 具體電路設(shè)計(jì)具體電路設(shè)計(jì) .4 42.2.12.2.1 主電路設(shè)計(jì)主電路

7、設(shè)計(jì) .4 42.2.22.2.2 控制電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì) .5 52.2.32.2.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)保護(hù)電路設(shè)計(jì) .6 62.32.3 元器件型號(hào)選擇元器件型號(hào)選擇 .7 72.3.12.3.1 推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源參數(shù)計(jì)算與選擇推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源參數(shù)計(jì)算與選擇.7 72.3.22.3.2 推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源參數(shù)計(jì)算與選擇推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源參數(shù)計(jì)算與選擇 .8 82.42.4 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真 .9 92.4.12.4.1 仿真軟件簡(jiǎn)介仿真軟件簡(jiǎn)介.9 92.4.22.4.2 仿真模型建立仿真模型建立.10102.4.32.4.3 仿真波形及數(shù)據(jù)分析仿真波形及數(shù)據(jù)分析.1111第第 3 3

8、章章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)課程設(shè)計(jì)總結(jié) .1212參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .1313第 1 章 緒論1.1 電力電子技術(shù)概況電力電子技術(shù)是一門(mén)新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT 等）對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百 MW 甚至 GW，也可以小到數(shù) W 甚至1W 以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。電力電子技術(shù)是指應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和交流技術(shù)（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個(gè)分支。 (1) 優(yōu)化電能使用

9、。 (2) 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。 (3) 電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。 (4) 電力電子智能化的進(jìn)展，在一定程度上將信息處理與功率處理合一，使微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)一體化，其發(fā)展有可能引起電子技術(shù)的重大改革電力電子技術(shù)分為： 電力電子器件制造技術(shù) 和變流技術(shù)（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個(gè)分支 一般認(rèn)為，電力電子技術(shù)的誕生是以 1957年美國(guó)通用電氣公司研制出的第一個(gè)晶閘管為標(biāo)志的，電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管和晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。此前就已經(jīng)有用于電力變換的電子技術(shù)，所以晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期可稱(chēng)為

10、電力電子技術(shù)的史前或黎明時(shí)期。70 年代后期以門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO） ，電力雙極型晶體管（BJT） ，電力場(chǎng)效應(yīng)管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件全速發(fā)展（全控型器件本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1的特點(diǎn)是通過(guò)對(duì)門(mén)極既柵極或基極的控制既可以使其開(kāi)通又可以使其關(guān)斷） ，使電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)展階段。80 年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT 可看作 MOSFET 和 BJT 的復(fù)合）為代表的復(fù)合型器件集驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)速度快，通態(tài)壓降小，載流能力大于一身，性能優(yōu)越使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，體積減小，常常把若干個(gè)電力電子器件

11、及必要的輔助器件做成模塊的形式，后來(lái)又把驅(qū)動(dòng)，控制，保護(hù)電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC） 。目前 PIC 的功率都還較小但這代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。 利用電力電子器件實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術(shù)，有時(shí)也稱(chēng)為功率電子技術(shù)。一般情況下，它是將一種形式的工業(yè)電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的工業(yè)電能。例如，將交流電能變換成直流電能或?qū)⒅绷麟娔茏儞Q成交流電能；將工頻電源變換為設(shè)備所需頻率的電源；在正常交流電源中斷時(shí)，用逆變器（見(jiàn)電力變流器）將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應(yīng)用電力電子技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)非電能與電能之間的轉(zhuǎn)換。例如，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能。與電子技術(shù)不同，

12、電力電子技術(shù)變換的電能是作為能源而不是作為信息傳感的載體。因此人們關(guān)注的是所能轉(zhuǎn)換的電功率。目前所用的電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱(chēng)電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力”，可大到數(shù)百 MW 甚至 GW，也可小到數(shù) W 甚至 1W 以下。電力分為交流和直流兩種。從公用電網(wǎng)直接得到的電力是交流，從蓄電池和干電池得到的電力是直流。電力變換通?？煞譃樗拇箢?lèi)，即交流變直流、直流變交流、直流變直流和交流變交流。進(jìn)行電力變換的技術(shù)稱(chēng)為變流技術(shù)。 電力電子技術(shù)是一門(mén)新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT 等）對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電

13、力”功率可大到數(shù)百 MW 甚至 GW，也可以小到數(shù) W 甚至 1W 以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。 電力電子技術(shù)是建本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2立在電子學(xué)、電工原理和自動(dòng)控制三大學(xué)科上的新興學(xué)科。因它本身是大功率的電技術(shù)，又大多是為應(yīng)用強(qiáng)電的工業(yè)服務(wù)的，故常將它歸屬于電電工類(lèi)。電力電子技術(shù)的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電力電子電路及其系統(tǒng)。電力電子器件以半導(dǎo)體為基本材料，最常用的材料為單晶硅；它的理論基礎(chǔ)為半導(dǎo)體物理學(xué)；它的工藝技術(shù)為半導(dǎo)體器件工藝。 近代新型電力電子器件中大量應(yīng)用了微電子學(xué)的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的

14、要求，又開(kāi)發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保護(hù)、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。利用這些電路，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，組成了各種用途的整機(jī)，稱(chēng)為電力電子裝置。這些裝置常與負(fù)載、配套設(shè)備等組成一個(gè)系統(tǒng)。 電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，經(jīng)常都是用弱電控制強(qiáng)電或者各種機(jī)器，比如降壓斬波電路可以控制直流電動(dòng)機(jī)，升壓斬波電路可以控制傳動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。交流調(diào)壓電路適用與各種舞臺(tái)燈光的控制，交流調(diào)壓電路適用于時(shí)間常數(shù)大的，比如溫控。還有現(xiàn)在電力電子技術(shù)的發(fā)展支路-軟開(kāi)關(guān)。 電力電子技術(shù)的主要研究方向之一是變換器主電路的拓?fù)鋬?yōu)化。拓?fù)鋬?yōu)化可以理解為：在變換器設(shè)計(jì)中，合理選擇確定網(wǎng)絡(luò)

15、中各元件的位置，以便實(shí)現(xiàn)功能和性能指標(biāo)要求且最經(jīng)濟(jì)。拓?fù)鋬?yōu)化的目標(biāo)為高頻化、高效率、高功率因數(shù)和低變換損耗。 1.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容電源是介于市網(wǎng)電源與負(fù)載之間的供電設(shè)備，從日常生活到最尖端的科技，都離不開(kāi)電源技術(shù)的參與與支持。本文設(shè)計(jì)了一種推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作模式，以變壓器，PWM 控制方式為只要控制模式，創(chuàng)建更快，更安全的線(xiàn)性電源，由于線(xiàn)性電源能耗較大，而且線(xiàn)性電源都是降壓式的電源，即輸入電壓必須高于所設(shè)計(jì)的輸出電壓，因此線(xiàn)性電源在效率和功率要求不高的場(chǎng)合應(yīng)用較多，在大部分的應(yīng)用領(lǐng)域，線(xiàn)性電源正在逐步被后來(lái)發(fā)展起來(lái)的開(kāi)關(guān)電源所取代。包括用本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3電力電子器件構(gòu)成各種電力變

16、換電路和對(duì)這些電路進(jìn)行控制的技術(shù)，以及由這些電路構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。 “變流”不只指交直流之間的變換，也包括上述的直流變直流和交流變交流的變換。與線(xiàn)性電源相比，開(kāi)關(guān)電源有許多優(yōu)點(diǎn)，在相同的功率容量下，開(kāi)關(guān)電源比線(xiàn)性電源效率更高，體積和質(zhì)量更小，開(kāi)關(guān)頻率也從 20Hz 發(fā)展到兆赫級(jí)，為高頻變換提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。降低了原材料的消耗，電源裝置小型化，加快了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)，提高了電源裝置的效率，進(jìn)一步擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。 設(shè)計(jì)任務(wù)包括以下幾點(diǎn)： 1、方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證。2、整流電路設(shè)計(jì)。3、逆變電路設(shè)計(jì)。4、通過(guò)計(jì)算選擇器件的具體型號(hào)。5、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)或選擇。6、繪制相關(guān)電路圖。7、完

17、成 4000 字左右說(shuō)明書(shū)。 技術(shù)參數(shù)： 1、輸入電壓?jiǎn)蜗?170 260V。2、輸入交流電頻率 4565HZ。3、輸出直流電壓 48V 恒定。4、輸出直流電流 20A。5 最大功率：1000W。6、穩(wěn)壓精度：直流輸出電壓整定值的 1。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4第 2 章 推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)2.1 推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源總體設(shè)計(jì)方案 由任務(wù)書(shū)，可根據(jù)要求得出總電路圖。如圖 2.1 所示。 圖 2.1 推挽型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源總結(jié)構(gòu)圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5開(kāi)關(guān)電源電路的典型結(jié)構(gòu)，它主要由整流濾波電路、DCDC 變換電路、開(kāi)關(guān)占空比控制電路以及取樣比較電路等模塊構(gòu)成。前級(jí)整流濾波電路用來(lái)消除來(lái)自電

18、網(wǎng)的干擾，同時(shí)也防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散，并將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變壓器提供直流電壓。變換器吧直流電壓變換成高頻交流電壓。輸出整流電路將高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓。取樣電路和開(kāi)關(guān)占空比控制電路通過(guò)檢測(cè)輸出直流電壓，與基準(zhǔn)電壓比較，調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。2.2 具體電路設(shè)計(jì)2.2.1 主電路設(shè)計(jì)（AC-DC、DCAC、AC-DC_AC、AC-DC-AC-DC 等）圖 2.2工作原理： 高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線(xiàn)的兩側(cè)，電路適用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 VT1 和 VT2，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管在外激勵(lì)方波信號(hào)的作用下交替導(dǎo)通與截止，在變壓器 T 次級(jí)

19、繞組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗璧闹绷麟妷骸?開(kāi)關(guān)晶體管VT1，VT2 由基極驅(qū)動(dòng)電路激勵(lì)交替導(dǎo)通與截止，輸入直流 U1 變換成高頻方波交流電壓。VTI 導(dǎo)通時(shí)，U1 通過(guò) VT1 加到變壓器 T1 的初級(jí)繞組 N1 上。由于變壓器的作用，因此截止的晶體管 VT2 將施加 2 倍的輸入電壓，即 2U。當(dāng)基極激勵(lì)消失本科生課程設(shè)計(jì)（論文）6后，VT1,VT2 管均截止，其集電極施加的電壓均為輸入電壓 U。下半個(gè)周期，VT2導(dǎo)通，VT1 截止，VT1 施加 2 倍的輸入電壓，接著又是兩管截止下一個(gè)周期重新開(kāi)始。 當(dāng)濾波電感 L 的電流連續(xù)時(shí)。U0/U1=N2/N1=2ton|T，如果輸出的電感

20、電流不連續(xù)，輸出電壓 Uo 將高于式計(jì)算值，并隨著負(fù)載減小而升高。 推挽式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖所示。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線(xiàn)的兩側(cè)。電路使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 VT1 和 VT2，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管在外激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器次級(jí)統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框如圖 2.3 所示：圖 2.3 開(kāi)關(guān)電源工作圖交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?控制電路為一脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取

21、樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開(kāi)關(guān)電源用集成電路?？刂齐娐酚脕?lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元本科生課程設(shè)計(jì)（論文）7件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。 圖 2.4 推挽式開(kāi)關(guān)電源 2.2.2 控制電路設(shè)計(jì)（觸發(fā)電路、驅(qū)動(dòng)電路、隔離措施等）方案：用脈寬調(diào)制型控制器實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制該方案的優(yōu)點(diǎn)： 控制系統(tǒng)軟件編程工作量較小，難度不大；用脈寬調(diào)制型控制器實(shí)現(xiàn) PWM 控制，產(chǎn)生頻率為 100KHZ 的脈沖較容易，并且完全由硬件產(chǎn)生高頻脈沖，實(shí)時(shí)性好；如圖 2.6 所示：圖 2.6 控制方案圖 系統(tǒng)的組成框圖如圖所示，脈寬調(diào)制器產(chǎn)生高頻脈沖直接控制

22、DC-DC 變換模 塊，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換、過(guò)流保護(hù)、處理電壓反饋信號(hào)、本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8對(duì)脈寬調(diào)制器進(jìn)行控制、顯示和人機(jī)交換等功能; 過(guò)流保護(hù)電路使負(fù)載電流不超過(guò) 2.5A；負(fù)載電壓負(fù)反饋電路進(jìn)一步對(duì)負(fù)載電壓進(jìn)行精確控制控制系統(tǒng)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，由脈寬調(diào)制控制器來(lái)控制 DC-DC 變換電路，實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定輸出，達(dá)到設(shè)計(jì)的所有指標(biāo)。脈寬調(diào)制控制器選用具有欠壓鎖定、系統(tǒng)故障關(guān)閉、軟起動(dòng)延時(shí) PWM 驅(qū)動(dòng)等功能的 SG3525 芯片。如圖 27 所示：圖 2.8 SG3525 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)的電路圖如圖 3 所示，采用雙閉環(huán)控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定。負(fù)載的電

23、壓經(jīng) R1 取樣反饋到 SG3525 的引腳 1 端（誤差放大器反向輸入端） ；通過(guò)軟件進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，D/A 轉(zhuǎn)換后反饋到 SG3525 的引腳 2 端（誤差放大器同向輸入端） ；SG3525 的引腳 1、2 的電壓通過(guò)芯片內(nèi)部誤差放大器比較并輸出誤差電壓 Vea，Vea 通過(guò)比較器與鋸齒波進(jìn)行比較，11 腳輸出一個(gè)脈寬可變的 PWM 脈沖來(lái)調(diào)節(jié) DC-DC 變換電路，最終實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定、可調(diào)。實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的大功率功放功能，在工作過(guò)程中，如果電源電壓跌落至保本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9護(hù)閾值電壓以下時(shí)，輸出 PWM 信號(hào)被封鎖，避免輸出混亂的脈沖信號(hào)，以保護(hù)主電路開(kāi)關(guān)器件。當(dāng)電源電壓再次

24、大于啟動(dòng)電壓后，經(jīng)過(guò)一次軟啟動(dòng)過(guò)程，SG3525 的內(nèi)部電路才重新開(kāi)始工作。2.2.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 在電氣技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足正常使用要求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，必須設(shè)計(jì)多種保護(hù)電路，比如防浪涌的軟啟動(dòng)，防過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)流、短路、缺相等保護(hù)電路。如圖 2.9 所示： 過(guò)電流保護(hù)電路在直流開(kāi)關(guān)電源電路中，為了保護(hù)調(diào)整管在電路短路、電流增大時(shí)不被燒毀。其基本方法是，當(dāng)輸出電流超過(guò)某一值時(shí)，調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動(dòng)切斷電路電流。 過(guò)電流保護(hù)電路由三極管 BG2 和分壓電阻 R4、R5 組成。電路正常工作時(shí)，通過(guò) R4 與 R5 的壓作用，使得 BG2

25、 的基極電位比發(fā)射極電位高，發(fā)射結(jié)承受反向電壓。于是 BG2 處于截止?fàn)顟B(tài)（相當(dāng)于開(kāi)路） ，對(duì)穩(wěn)壓電路沒(méi)有影響。當(dāng)電路短路時(shí)，輸出電壓為零，BG2 的發(fā)射極相當(dāng)于接地，則 BG2 處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)（相當(dāng)于短路） ，從而使調(diào)整管 BG1 基極和發(fā)射極近于短路，而處于截止?fàn)顟B(tài)，切斷電路電流，從而達(dá)到保護(hù)目的。 2 過(guò)電壓保護(hù)電路直流開(kāi)關(guān)電源中 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的過(guò)電壓保護(hù)包括輸入過(guò)電壓保護(hù)和輸出過(guò)電壓保護(hù)。 如果開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)壓直流電源（諸如蓄電池和整流器）的電壓如果過(guò)高,將導(dǎo)致開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器不能正常工作,甚至損壞內(nèi)部器件,因此開(kāi)關(guān)電源中有必要使用輸入過(guò)電壓保護(hù)電路。圖 3 為用晶體管和繼電器所組成

26、的保護(hù)電路，在該電路中，當(dāng)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）10輸入直流電源的電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過(guò)電阻 R，使晶體管 T 導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作，常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，切斷輸入。輸入電源的極性保護(hù)電路可以跟輸入過(guò)電壓保護(hù)結(jié)合在一起,構(gòu)成極性保護(hù)鑒別與過(guò)電壓保護(hù)電路。如圖 2.10 所示即升壓比就可得到所需電壓。由計(jì)算得： （2-2） 又因?yàn)橐筝敵龉β?P=100W, 0U=340V （2-3） 根據(jù)電容型號(hào)對(duì)照表知，該電容的型號(hào)為 25V/33uF 2.3 元器件型號(hào)選擇2.3.1 參數(shù)計(jì)算與選擇本科生課程設(shè)計(jì)（論文）11器件 主要參數(shù)優(yōu)缺點(diǎn)GTR最高工作電壓； 集電極最大允許電流

27、IcM； 集電極最大耗散功率PcM； 二次側(cè)擊穿現(xiàn)象和安全工作區(qū)。耐壓高，電流大，開(kāi)關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低開(kāi)關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū) 動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存 在二次擊穿問(wèn)題。GTO最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流Iato；電流關(guān)斷增益off（一般很?。?； 開(kāi)通時(shí)間； 關(guān)斷時(shí)間電壓、電流容量大，其通流能力很強(qiáng)電流關(guān)斷增益很小，開(kāi)關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻率低。電力 MOSFET 漏極直流電流和漏極脈沖電流幅值； 柵源電壓； 漏極電壓； 極間電容。 開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題，電流容量小。:電力 MOSFE

28、T 是由柵極電壓來(lái)控制漏極電流的，因此它的第一個(gè)顯著特點(diǎn) 是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的功率??；第二個(gè)顯著特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高。另外，電力 MOSFET 的熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于 GTR。電力 MOSFET 多用于功率不超過(guò) 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 11 10KW 的電力電子裝置，而本文的功耗為 1000W 也在去允許的范圍之內(nèi)。在高頻的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中用的功率器件種類(lèi)有 IGBT 和 MOSFET，但是考慮到工作在高頻的 IGBT 成本較高，所以在本次設(shè)計(jì)選用電力 MOSFET 器件。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）122.3.2 參數(shù)計(jì)算與選擇1、變壓器設(shè)計(jì) 變壓器式開(kāi)關(guān)電源中的核心元件，許多其他主電路元件的參

29、數(shù)設(shè)計(jì)都依賴(lài)于變壓器參數(shù)，因此首先進(jìn)行變壓器設(shè)計(jì)： （1）變比 K 變比的計(jì)算原則是電路再最大占空比和最低輸出電壓的條件下，輸出電壓仍能達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)要求的上限，考慮電路中的壓降，輸出電壓應(yīng)留有裕量。 在本設(shè)計(jì)電路中： 輸入單相交流電壓為： 170V260 V ；輸入電壓峰值為： 240V368 V； 直流電壓最大脈動(dòng)值為： 24020%=48 V 整流濾波后的直流電壓為： 192368 V 輸出電壓為： 48 V 推挽型電路的輸出與輸入的關(guān)系為： 變比 K 和一、二次側(cè)的電壓和匝數(shù)的關(guān)系：K=N1/N2有推挽型開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)知，如果 S1 和 S2 同時(shí)導(dǎo)通，就相當(dāng)于變壓器一次繞組短路，因此應(yīng)該避

30、免兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，即每個(gè)開(kāi)關(guān)各自的占空比不能超過(guò) 50%，還要留有死區(qū)。選取最大占空比為 90%，即每個(gè)占空比為 45%。 K = 5.4 所以選取變壓器的型號(hào)為：IN4005 可以滿(mǎn)足要求。 （2）繞組匝數(shù) 由于電壓比已知，可以由一次或二次繞組匝數(shù)中的任意一個(gè)，然后根據(jù)電壓比求另一個(gè)。設(shè)一次側(cè)匝數(shù)為 5，則可算出變壓器的二次側(cè)匝數(shù)為 27. （3）變壓器容量 Fn = UI = 48V * 20A = 960W 2、變壓器一次側(cè)整流二極管二極管所能承受的最大反向電壓 U=1701.414=240V 額定電壓： Un=（23）240=480720V 因?yàn)殡娫吹妮斎牍β孰S效率變化，所以應(yīng)取電源

31、效率最差時(shí)的值。在此，我們按一般開(kāi)關(guān)電源的效率取值，取=0.8 電源的輸入功率可用(3-3)公式計(jì)算: Pin =p/min （2-4） 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）13Pin=960/0.8=1200W Id = Pin / U （2-5） Id = 5.9A 流過(guò)每個(gè)二極管的有效值 Ivt = Id / 1.414 （2-6） 額定電流：In=（1.52）Ivt/ = 3.985.31A 3、變壓器次側(cè)整流二極管 二極管的峰值電二壓，u=48*1.414=67.87v 額定電壓 ： Un =（23）67.87= 135.74203.61 V 4、過(guò)壓保護(hù)電路 因?yàn)檩斎腚娏鳛?5.9A，即流過(guò) M

32、OS 管的電流為 5.9A。查表可得保護(hù)電路的電容為：0.1 F 電阻為：160 5、過(guò)流保護(hù) 快速熔斷器的電流不應(yīng)小于 (1.21.5) 即 Fu = （1.21.5）*5.9 / 2 = 3.544.425A2.4 系統(tǒng)仿真2.4.1 MATLAB 仿真軟件簡(jiǎn)介在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)被控對(duì)象是比較復(fù)雜并且要考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性，本科生課程設(shè)計(jì)（論文）14以及進(jìn)行試驗(yàn)研究的可能性等問(wèn)題時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中不易做到，甚至根本不允許這樣做的情況下對(duì)實(shí)際系統(tǒng)（此處系統(tǒng)指的是自動(dòng)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)由四部分組成：被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、執(zhí)行器和控制器）構(gòu)建物理模型或數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究，然后把對(duì)模型試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)用到

33、實(shí)際系統(tǒng)中去，這種方法稱(chēng)為模擬仿真研究，簡(jiǎn)稱(chēng)仿真。 由于數(shù)學(xué)仿真的主要工具是計(jì)算機(jī)，因此又稱(chēng)為“計(jì)算機(jī)仿真” 。根據(jù)被研究系統(tǒng)的特征計(jì)算機(jī)仿真可分為兩大類(lèi)： 連續(xù)系統(tǒng)仿真：可對(duì)系統(tǒng)建立用微分方程或差分方程等描述的數(shù)學(xué)模型，并將其放于計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。 離散事件系統(tǒng)仿真：由某種隨機(jī)事件驅(qū)動(dòng)引發(fā)狀態(tài)變化的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（非數(shù)學(xué)方程式描述，通常用流程圖或網(wǎng)絡(luò)圖描述） ，并將他放于計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。 *教材主要討論連續(xù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真 計(jì)算機(jī)仿真的一般過(guò)程： 1) 根據(jù)仿真目的確定仿真方案； 2) 建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型； 3) 建立仿真模型； 4) 編寫(xiě)仿真程序； 5) 進(jìn)行仿真試驗(yàn)； 6) 仿真結(jié)果分

34、析。 1967 年美國(guó) Math Works 公司構(gòu)思并開(kāi)發(fā)了“Matrix Laboratory(縮寫(xiě) MATLAB，即矩陣實(shí)驗(yàn)室)”軟件包，經(jīng)過(guò)不斷更新和擴(kuò)充于 1984 年推出了 MATLAB 的正式版。 *教材以 MATLAB 7.5.0(R2007b)為基礎(chǔ)進(jìn)行敘述MatLab 控制系統(tǒng)仿真軟件是當(dāng)今國(guó)際控制界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件，1999 年春 MatLab 5.3 版問(wèn)世，使 MATLAB 擁有更豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)、更友善的面向?qū)ο?、更加快速精良的圖形可視、更廣博的數(shù)學(xué)和數(shù)據(jù)分析資源、更多的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具。特別是 SIMULINK 這一個(gè)交互式操作的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境

35、的出現(xiàn)，使人們有可能考慮許多以前不得不做簡(jiǎn)化假設(shè)的非線(xiàn)性因素、隨機(jī)因素，從而即使學(xué)生沒(méi)有對(duì)非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，仍可通過(guò)仿真來(lái)認(rèn)知非線(xiàn)性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的影響。2.4.2 MATLAB 仿真模型建立本科生課程設(shè)計(jì)（論文）15仿真用的軟件為 MATLAB 基于 PWM 控制的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)仿真 推挽電路器件連接圖 3.1： 圖 3.1比例積分調(diào)節(jié)器仿真模型如圖 3.2 所示：仿真利用積分關(guān)系來(lái)產(chǎn)生三角波，Simulink 中 Sources 有脈沖發(fā)生器（Pulse Generator） ，使其產(chǎn)生頻率為 50 kHz,占空比為 50的信號(hào)。如圖 3.4 所示：輸出波形如圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）162.4.3 仿真波形及數(shù)據(jù)分析本科生課程設(shè)計(jì)（論文）17第 3 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)為時(shí)一周半的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，課程設(shè)計(jì)是我們專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是對(duì)自己這一個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)的實(shí)踐性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)自己對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的應(yīng)用，檢驗(yàn)自己的動(dòng)手實(shí)際操作能力。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我明白了我們學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)理論和我們實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系非常密切，我們今天也許知識(shí)在做課程設(shè)計(jì)，但是當(dāng)我們步入社會(huì)，我們做的則是更為具體的生活實(shí)際操作。我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)