電力電子課程設(shè)計(jì)開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、西安石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)電子工程 學(xué)院 自動(dòng)化 專業(yè)1101班 題 目 開關(guān)電源設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師二。一四年五月電力電子課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目開關(guān)電源設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化1101一設(shè)計(jì)內(nèi)容：(1)輸入交流電壓范圍：175245V, 50Hz;設(shè)(2)輸出直流電壓范圍：024V ;計(jì)內(nèi)(3)輸出最大功率：500W;容(4)開關(guān)工作頻率：20KHz ;要(5)輸出電壓穩(wěn)定度：85%;二設(shè)計(jì)要求：(1)主電路的選型；(2)主電路元器件參數(shù)的確定；(3)控制和保護(hù)電路結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)；(4)整理設(shè)計(jì)結(jié)果，提交設(shè)計(jì)報(bào)告 .；起止時(shí)間2014年4月28日 至 2014 年5 月 3日指導(dǎo)教師簽名年月日系(教研室

2、)主任簽名年月日學(xué)生簽名年月日目錄任務(wù)書1 .課題任務(wù) 41.1 參數(shù)指標(biāo) 41.2 設(shè)計(jì)要求 42 .設(shè)計(jì)內(nèi)容與方案 42.1 基本結(jié)構(gòu) 42.2 輸入整流電路設(shè)計(jì)42.2.1單相橋式輸入整流電路設(shè)計(jì)42.2.3整流管參數(shù)計(jì)算 52.3 DC/DC變換器設(shè)計(jì) 52.3.1 DC/DC變換器總體概述52.3.2 半橋式DC/DC典型電路62.4 輸出濾波整流電路設(shè)計(jì) 62.4.1 輸出整流電路圖62.4.2 整流輸出二極管計(jì)算 72.5 主電路原理圖 73 .主電路元器件清單84控制和保護(hù)電路結(jié)構(gòu)框圖84.1.1 PWM控制電路原理圖84.1.2 PWM控制變換原理 94.1.3 SG3525

3、 的封裝圖 94.2保護(hù)電路 105設(shè)計(jì)總結(jié) 106參考文獻(xiàn) 101 .課題任務(wù)1.1 參數(shù)指標(biāo)：設(shè)計(jì)024V開關(guān)電源，原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)指標(biāo):(1)輸入交流電壓范圍：175245V, 50Hz;(2)輸出直流電壓范圍：024V;(3)輸出最大功率：500W;(4)開關(guān)工作頻率：20KHz ;(5)輸出電壓穩(wěn)定度： 0.3%(6)電源效率：h85%1.2 設(shè)計(jì)要求：(1)主電路的選型；(2)主電路元器件參數(shù)的確定 ；(3)控制和保護(hù)電路結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)(4)整理設(shè)計(jì)結(jié)果，提交設(shè)計(jì)報(bào)告2 .設(shè)計(jì)內(nèi)容與方案2.1 輸入整流電路設(shè)計(jì)2.1.1 單相橋式輸入整流電路設(shè)計(jì)整流是將交流電變成脈動(dòng)直流電的過程

4、。 電源變壓器輸出的交流電經(jīng)整流電 路得到一個(gè)大小變化但方向不變的脈動(dòng)直流電。 整流電路是由具有單向?qū)щ娦缘?元件例如二極管、晶間管等整流元件組成的。設(shè)計(jì)要求主電路為橋式二極管整流，單相橋式整流電路分為單相橋式半控整 流電路和單相橋式全波整流電路兩種， 半控整流電路為了防止失控現(xiàn)象， 必須加 續(xù)流二極管，而單相橋式全控整流電路此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會(huì)失控現(xiàn)象，也不存在變壓器直流磁化問題， 變壓器的利用率 高，基于以上優(yōu)點(diǎn)，采用單相橋式全控電路，它是由四個(gè)二極管接成電橋的形式 構(gòu)成的，四個(gè)二極管分為兩組，正負(fù)半周輪流導(dǎo)通，但負(fù)載上電流方向不變，為全波整流。單相半波整

5、流電路如圖(一)所示圖(一)單相橋式整流濾波電路變壓器一次側(cè)輸入為交流220V、50Hz,為U1,二次側(cè)為U2,整流后的輸出電壓平均值為UO ,根據(jù)單相橋式整流電路經(jīng)驗(yàn)公式，UO = 1.2 U2。輸出直流電壓為24V,輸出功率PO=500W,則輸出電流21A。電源效率為85%則輸入功率Pi=588W。2.2.3 整流管參數(shù)計(jì)算二極管正向?qū)妷?Ud =0.9 220V=198V 電流 Id = Pi +Ud =2.97A二極管電流有效值Ivd = Id -顯 =2.1A二極管最大反向電壓 Urm = & x U2 = 311.2V在考慮安全裕量的情況下，二極管額定電壓UN (2 3) Ur

6、m622.3933.4V二極管額定電流IN (1.52) 15722.67A根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選用1N5404型號(hào)的整流二極管，最高反向工作電壓為 400V,額定工作電流為3.0A。2.3 DC/DC變換器設(shè)計(jì)2.3.1 DC/DC變換器總體概述開關(guān)電源是用PWM DC/DC變換器作為開關(guān)調(diào)節(jié)器的，因此 PWM DC/DC 變換器是開關(guān)電源的主要組成部分，是開關(guān)電源的控制與功率轉(zhuǎn)換核心。PWM DC/DC變換器，它是由功率半導(dǎo)體器件（開關(guān)管和二極管）和儲(chǔ)能元 件（電感或電容）組成的，通過對(duì)其中開關(guān)管的 PWM通斷控制，講一種數(shù)值的 直流電壓，轉(zhuǎn)換成所需要的另一種數(shù)值的直流電壓， 并控制輸入直流電源

7、與負(fù)載 之間的功率流動(dòng)，把具有這種功能的轉(zhuǎn)換器叫做PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器。PWMDC/DC轉(zhuǎn)換器的組成有兩種方式：一種是由兩級(jí)轉(zhuǎn)換電路組成的DC/AC/DC轉(zhuǎn)換器，遷移級(jí)逆變，實(shí)現(xiàn)DC/AC轉(zhuǎn)換，后一級(jí)為整流，實(shí)現(xiàn) AC/DC轉(zhuǎn)換。另一 種是由開關(guān)管和二極管開關(guān)組合成 PWM開關(guān)，將輸入直流電壓經(jīng)過斬波、濾波 后，轉(zhuǎn)換成另一種數(shù)值的直流電壓輸出。由于本次設(shè)計(jì)要求DC/DC變換器為半橋，所以屬于隔離型電路。半橋式PWM DC/DC變換器，是由半橋式逆變器、高頻變壓器、輸出整流器 和直流濾波器組成，因此屬于直流-交流-直流轉(zhuǎn)換器。2.3.2 半橋式DC/DC典型電路資料上圖為輸出是全波整流電路的

8、半橋式 PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的主電路，此電路實(shí)際上是兩個(gè)正激式PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的組合，每個(gè)正激式轉(zhuǎn)換器的輸入電壓1為1Ui,輸出電壓為U o。變壓器初級(jí)繞組的匝數(shù)為 W1,兩個(gè)次級(jí)繞組的匝數(shù)相等，即W21 = W22 = W2,變壓器初次級(jí)繞組的匝數(shù)比 k = W1。W22.4 輸出濾波整流電路設(shè)計(jì)2.4.1輸出整流電路圖2.4.2整流輸出二極管計(jì)算U2Uo0.926.67 A 0.9二極管的最大反向電壓：URM 2 . 2U 2 2,2 26.67V 75.43V二極管平均電流：IADV=0.5I0=10.5A二極管的電流有效值：Ivd= Id/2 =14.8A二極管的額定電壓：

9、(23) Urm150.86 226.29V二極管的額定電流：(1.5 2)如1.5714.118.8 a2.5 主電路原理圖C2 . . . |Q|. 蒯UF二二一3WT55?橢7轉(zhuǎn), r r a ! i - i1H4D04元器件名稱：輸入整流二極管型號(hào)：1N5404 規(guī)格：反向工作電壓400V,電流3A元器件名稱：濾波電容 規(guī)格：容量300 F ,耐壓值25V元器件名稱：N溝道MOSFET元器件名稱：高頻變壓器 規(guī)格：磁心FX3730,原副線圈匝數(shù)比136: 16元器件名稱：輸出整流二極管元器件名稱：輸出整流濾波電感元器件名稱：輸出整流濾波電容4控制和保護(hù)電路結(jié)構(gòu)框圖4.1.1PWM控制電

10、路原理圖規(guī)格：電流為6A,正向壓降為0.95V規(guī)格：19.2 H規(guī)格：6.25 F電壓220 pFIIk。300 pF-4-15V0.01 r-F 1 I1S 15 14 “i i3 SG3525A 122國 klL10。L_f k-10T-1 4 T50 ppp輸出A 一甘對(duì)施保獷T 0.1 |JL F2.6 .2 PWM控制變換原理PWM控制方式必須要求有產(chǎn)生恒定頻率的震蕩源作為比較的基準(zhǔn)，這種震 蕩器稱為“時(shí)鐘震蕩器”。此外還必須要有脈沖寬度調(diào)制電路，也就是說，檢測比 較放大電路將誤差電壓信號(hào)放大后， 必須將該電壓信號(hào)變換成脈沖寬度信號(hào)， 完 成這種功能的電路稱為“電壓一脈寬轉(zhuǎn)換”電路（

11、用V/W電路表示）。然后由基極 驅(qū)動(dòng)電路激勵(lì)高壓開關(guān)晶體，調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈沖寬度以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。比如，由于某種原 因（負(fù)載電流減小或電網(wǎng)電壓上升）使高頻變壓器副邊輸出電壓的平均值增大， 電源輸出電壓也將隨之升高，反饋檢測電路將這一電壓變化量由電壓-脈沖轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的變化，使脈沖寬度變窄，亦即使脈沖的占空比減小，高頻 變壓器輸出電壓的平均值下降，從而使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定；反之，若電源輸出電 壓由于某種原因下降時(shí)，控制回路的輸出脈寬將增大，高頻變壓器輸出電壓的平 均值提高，使電源輸出電壓又回升到原來的數(shù)值。這便是PWM控制變換器型開關(guān)電源的基本穩(wěn)壓原理。本次PWM控制器設(shè)計(jì)采用的IC是SG3525芯

12、片。2.7 .3 SG3525的封裝圖SG3525反相輸入瞄d 同相輸入就匚 同步輸出 U振薪善輸出1= 酎基電容Ct i=時(shí)基電IERt放電電阻Rd軟啟動(dòng)端基準(zhǔn)電壓n +1SV=1叫出=i +VgpGNDzi關(guān)斷控制 口補(bǔ)償資料引腳功能介紹各引腳功能如下：1腳、2腳分別為誤差放大器的反相輸入端和同相輸入端3腳為同步輸出端；4腳為振蕩器輸出；5腳、6腳分別外接內(nèi)部振蕩器的時(shí)基電容和電阻；7腳接放電電阻；8腳為軟啟動(dòng)；9腳為誤差放大器的頻率補(bǔ)償端；10腳為關(guān)斷控制端，用于實(shí)現(xiàn)限流控制；11腳、14腳為輸出端；12腳為接地端；13腳接輸出管集電極電源；15腳接SG3525的工作電源,16腳為5.1V基準(zhǔn)電壓；Uol如上圖，當(dāng)Uo1輸出升高，穩(wěn)壓管（Z3）擊穿導(dǎo)通，可控硅（SCR1）的控制端 得到觸發(fā)電壓，因此可控硅導(dǎo)通。Uo2電壓對(duì)地短路，過流保護(hù)電路或短路保護(hù) 電路就會(huì)工作，停止整個(gè)電源電路的工作。當(dāng)輸出過壓現(xiàn)象排除，可控硅的控制 端觸發(fā)電壓通過R對(duì)地泄放，可控硅恢復(fù)斷開狀態(tài)。5設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過這幾天的課程設(shè)計(jì)，我收獲頗豐。這次做的課題是開關(guān)穩(wěn)壓電源， 涉及到很多模擬電路方面的知識(shí)。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)，讓我對(duì)模擬電路的知識(shí)又 重新系統(tǒng)的溫習(xí)了一遍，讓我對(duì)模擬技術(shù)知識(shí)有了更深的理解。由于這次設(shè)計(jì)時(shí)間有點(diǎn)緊，在網(wǎng)上