電力電子課程設(shè)計開關(guān)電源設(shè)計

1、西安石油大學課 程 設(shè) 計電子工程 學院 自動化 專業(yè) 1101 班題 目 開關(guān)電源設(shè)計 學 生 指導老師 二一四年五月電力電子課程設(shè)計任務書題 目開關(guān)電源設(shè)計學生姓名 學號專業(yè)班級自動化1101設(shè)計內(nèi)容與要求一 設(shè)計內(nèi)容：（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%;二 設(shè)計要求：（1）主電路的選型；（2）主電路元器件參數(shù)的確定 ；（3）控制和保護電路結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計;（4）整理設(shè)計結(jié)果，提交設(shè)計報告.；起止時間 2014年 4 月 2

2、8日 至 2014 年 5 月 3 日 指導教師簽名 年 月 日系（教研室）主任簽名 年 月 日學生簽名 年 月 日目錄任務書1.課題任務 4 1.1參數(shù)指標 4 1.2設(shè)計要求 42.設(shè)計內(nèi)容與方案 42.1基本結(jié)構(gòu) 42.2輸入整流電路設(shè)計 42.2.1單相橋式輸入整流電路設(shè)計42.2.2變壓器參數(shù)計算52.2.3整流管參數(shù)計算52.3 DC/DC變換器設(shè)計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62.4.1輸出整流電路圖62.4.2 整流輸出二極管計算72.5主電路原理圖 73.主電路元器件清單84控制和保護電路結(jié)構(gòu)框圖 8

3、4.1.1PWM控制電路原理圖84.1.2 PWM控制變換原理 94.1.3 SG3525的封裝圖94.2保護電路 105設(shè)計總結(jié) 106參考文獻 101. 課題任務1.1參數(shù)指標:設(shè)計024V開關(guān)電源，原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)指標：（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）控制和保護電路結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計;（4）整理設(shè)計結(jié)果，提交設(shè)計報告.2. 設(shè)計內(nèi)容與方案 直

4、流輸出2.1基本結(jié)構(gòu)交流輸入整流輸出DC/DC變換器整流濾波 反饋保護電路PWM控制驅(qū)動器2.2輸入整流電路設(shè)計2.2.1單相橋式輸入整流電路設(shè)計整流是將交流電變成脈動直流電的過程。電源變壓器輸出的交流電經(jīng)整流電路得到一個大小變化但方向不變的脈動直流電。整流電路是由具有單向?qū)щ娦缘脑缍O管、晶間管等整流元件組成的。設(shè)計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每個導電回路進行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，也不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率高

5、，基于以上優(yōu)點，采用單相橋式全控電路，它是由四個二極管接成電橋的形式構(gòu)成的，四個二極管分為兩組，正負半周輪流導通，但負載上電流方向不變，為全波整流。單相半波整流電路如圖（一）所示 圖（一)單相橋式整流濾波電路2.2.2變壓器參數(shù)計算變壓器一次側(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)計算二極管正向?qū)妷篣d =0.9220V=198V 電流Id = Pi Ud =2.97

6、A二極管電流有效值Ivd = Id = 2.1A二極管最大反向電壓Urm = U2 = 311.2V在考慮安全裕量的情況下，二極管額定電壓 622.3933.4V二極管額定電流 22.67A根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選用1N5404型號的整流二極管，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，它是由功率半導體器件（開關(guān)管和二極管）和儲能元件（電感或電容）組成的，通過對其中

7、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與負載之間的功率流動，把具有這種功能的轉(zhuǎn)換器叫做PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器。PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的組成有兩種方式：一種是由兩級轉(zhuǎn)換電路組成的DC/AC/DC轉(zhuǎn)換器，遷移級逆變，實現(xiàn)DC/AC轉(zhuǎn)換，后一級為整流，實現(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

8、于直流-交流-直流轉(zhuǎn)換器。2.3.2 半橋式DC/DC典型電路上圖為輸出是全波整流電路的半橋式PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的主電路，此電路實際上是兩個正激式PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的組合，每個正激式轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為，輸出電壓為。變壓器初級繞組的匝數(shù)為，兩個次級繞組的匝數(shù)相等，即 = = ，變壓器初次級繞組的匝數(shù)比K = 。2.4輸出濾波整流電路設(shè)計2.4.1輸出整流電路圖2.4.2 整流輸出二極管計算二極管的最大反向電壓：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：二極管的額定電流：A2.5主電路原理圖3.主電路元器件清單元

9、器件名稱：輸入整流二極管 型號：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，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 規(guī)格：電流為6A，正向壓降為0.95V元器件名稱：輸出整流濾波電感 規(guī)格：19.2 元器件名稱：輸出整流濾波電容 規(guī)格：6.25 4控制和保護電路結(jié)構(gòu)框圖4.1.1PWM控制電路原理圖4.1.2 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，這種震蕩器稱為“時鐘震蕩器”。此外還必須要有脈沖寬度調(diào)

10、制電路，也就是說，檢測比較放大電路將誤差電壓信號放大后，必須將該電壓信號變換成脈沖寬度信號，完成這種功能的電路稱為“電壓脈寬轉(zhuǎn)換”電路（用V/W電路表示）。然后由基極驅(qū)動電路激勵高壓開關(guān)晶體，調(diào)節(jié)導通脈沖寬度以實現(xiàn)穩(wěn)壓。比如，由于某種原因（負載電流減小或電網(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，從而使輸出電壓達到穩(wěn)定；反之，若電源輸出電壓由于某種原因下降時，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

11、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)計采用的IC是SG3525芯片。4.1.3 SG3525的封裝圖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)部振蕩器的時基電容和電阻;7腳接放電電阻;8腳為軟啟動;9腳為誤差放大器的頻率補償端;10腳為關(guān)斷控制端,用于實現(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基準電壓;4.2保護電路如上圖，當Uo1輸出升高，穩(wěn)壓管（Z3）擊穿導通，可控硅（SCR1）的控制端得到觸發(fā)電壓，因此可控硅導通。Uo2電壓對地短路，過流保護電路或短路保護電路就會工作，停止整個電源電路的工作。當輸出過壓現(xiàn)象排除，可控硅的控制端觸發(fā)電壓通過R對地泄放，可控硅恢復斷開狀態(tài)。 5設(shè)計總結(jié)經(jīng)過這幾天的課程設(shè)計，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。經(jīng)過這次設(shè)計，讓我對模擬電路的知識又重新系統(tǒng)的溫習了一遍，讓我對模擬技術(shù)知識有了更深的理解。由于這次設(shè)計時間有點緊，在網(wǎng)上查了很多資料，對這個課題有了一些初步的