1000W全橋穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 電力電子課程設(shè)計說明書 題 目：全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計 院 、 部： 電氣與電子工程信息學(xué)院 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 肖文英 職稱 副教授 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 完成時間： 摘 要 該課程設(shè)計是利用PWM技術(shù)的全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源。給出了全橋整流電路、逆變電路驅(qū)動電路、控制電路的具體設(shè)計方法。該全橋開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電壓恒為48V，并有實驗仿真波形。本全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源最大功率達1000W，輸出電流約為20A，設(shè)計采用了ACDCACDC變換方案。一次整流后的直流電壓，經(jīng)過有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，再經(jīng)全橋變換電路逆變后，由高頻變壓器隔離

2、降壓，最后整流輸出直流電壓，在設(shè)計中首先畫出主電路圖，主電路圖由整流電路、逆變電路組成。全橋電路的開關(guān)元件使用的是MOSFET。全橋移相電路采用UC3875控制芯片，并作數(shù)據(jù)處理，MATLAB仿真作出了不同角度的仿真波形圖。并說明其工作原理，再通過基本計算，選擇觸發(fā)電路和保護電路的結(jié)構(gòu)以及晶閘管的型號和變壓器的變比及容量，完成本設(shè)計的任務(wù)。關(guān)鍵詞 ：開關(guān)電源；全橋；PWM控制電路；整流；逆變；高頻變壓器 ABSTRACTThe class is full bridge switch regulated power supply based on PWM technology. The desi

3、gn method of the full bridge rectifier circuit, the inverter circuit, the driving circuit and the control circuit are presented. The output voltage of the full bridge switching voltage regulator is constant to 48V and has the experimental simulation waveforms. The full bridge switch regulated power

4、supply maximum power up to 1000W, output current is about 20a, designed using AC / DC / AC / DC converter scheme. A rectified DC voltage, by means of active power factor correction link to improve the power factor of the system, again after full bridge converter inverter circuit, by the high frequen

5、cy transformer isolated buck, the output DC voltage, in the design of the first draw the main circuit, the main circuit comprises a rectifier circuit, inverter circuit. The switching element of the whole bridge circuit is MOSFET. The full bridge phase shifted circuit uses UC3875 control chip, and da

6、ta processing, MATLAB simulation to make a different angle of the simulation waveforms. And explain its working principle, again through the basic calculation, select trigger circuit and protection circuit structure and thyrisor model and transformer ratio and capacity, complete the design task.Keyw

7、ords: switching power supply; full bridge;PWM control circuit; rectifier;inverter; HF transformer目 錄第一章 緒論 1.1 開關(guān)電源概況 1.2 開關(guān)設(shè)計內(nèi)容第二章 開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計 2.1 開關(guān)穩(wěn)壓電源總體設(shè)計方案 2.2 總體方案論證 2.2.1 整流電路設(shè)計 2.2.2 逆變電路設(shè)計2.2.3 驅(qū)動電路設(shè)計2.2.4 全橋移相開關(guān)控制電路2.3 高頻變壓器變比及容量2.4 系統(tǒng)仿真及波形 2.4.1 MATLAB仿真軟件介紹 2.4.2 仿真電路圖 2.4.3 仿真分析第三章 課程設(shè)計總結(jié)

8、參考文獻.致謝附錄第一章 緒論1.1開關(guān)電源概況隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在安防監(jiān)控，節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方

9、面都具有重要的意義。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，通訊設(shè)備，視聽產(chǎn)品，安防，LED燈袋，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域?，F(xiàn)代有兩種：一種是直流；另一種是交流開關(guān)電源。直流開關(guān)電源的核心是。直流DC/DC轉(zhuǎn)換器按輸入與輸出之間是否有可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器；另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式DC/DC轉(zhuǎn)換器。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關(guān)電源。隨著電力電子技術(shù)的

10、發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。根據(jù)開關(guān)器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開關(guān)電源，大體上可分為：串聯(lián)式開關(guān)電源、并聯(lián)式開關(guān)電源、變壓器式開關(guān)電源等三大類。其中，變壓器式開關(guān)電源還可以進一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種；根據(jù)變壓器的激勵和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種；如果從用途上來分，還可以分成更多種類。01.2本文設(shè)計內(nèi)容開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MO

11、SFET構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。開關(guān)型穩(wěn)壓電源是由全波整流器，開關(guān)管，激勵信號，續(xù)流二極管，儲能電感和濾波電容組成。實際上，開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心部分是一個直流變壓器?！伴_關(guān)型穩(wěn)壓電源”與“串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電源”相比，以其高效節(jié)能；適應(yīng)市電變化能力強；輸出電壓可調(diào)范圍寬；一只開關(guān)管可方便地獲得多組電壓等級不同的電源；體積小，重量輕等諸多優(yōu)點，而被廣泛地得到采用。本實驗由主電路、整流電路、逆變電路、控制電路、驅(qū)動電路組成。再設(shè)計中運用了電壓

12、驅(qū)動全控器件MOSFET來設(shè)計主電路，它具有驅(qū)動電路簡單、驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快、開關(guān)頻率高等優(yōu)點。并配以整流電路和逆變電路。改變開關(guān)的占空比，就可以輸出電壓的平均值，我們知道當S1導(dǎo)通時，輸出整流二極管D1導(dǎo)通；反之，S2導(dǎo)通時，二極管D2導(dǎo)通。當SI、S2都關(guān)斷且電感電流連續(xù)時，D1、D2同時導(dǎo)通續(xù)流，開關(guān)元件斷態(tài)時承受的峰值電壓是Ure全橋電路不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流飽和現(xiàn)象。第二章 開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計2.1開關(guān)穩(wěn)壓電源總體設(shè)計方案2.11全橋穩(wěn)壓電路總體結(jié)構(gòu)圖及其說明高頻整流高頻逆變整流電路濾波器變壓器圖2.1全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本結(jié)構(gòu)電流經(jīng)過整流后變?yōu)橹绷?，再?jīng)過高頻逆變變?yōu)?/p>

13、交流，再經(jīng)過高頻整流到直流，最后經(jīng)過濾波得到所需的直流。2.1.2總體方案論證由于開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整工作于開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時管壓降很小截止電流幾乎為零，因此工作時管耗很小使開關(guān)電源的效率很高，通常在8O%左右，而線性電源一般效率低于50%。由于開關(guān)電源的開關(guān)元件的工作頻率很高，通常在幾十KHz至幾百KHz范圍，因此電路中所使用的都是高頻變壓器其體積重量都很小，而且大多數(shù)開關(guān)電源都省去工頻變壓器由電網(wǎng)工頻直接整流濾波，所以開關(guān)電源比同功率的線性電源其體積重量都小得多。由丁開關(guān)電源的輸出電壓是由脈沖波形的占空比調(diào)節(jié)的，受輸入電壓幅度的影響較小，所以它的穩(wěn)定范圍很寬，對電網(wǎng)電壓要求較低一般電網(wǎng)電壓從1

14、40V-260V開關(guān)電源均可工作而線性電源一般允許電網(wǎng)電壓波動正負10%，另電網(wǎng)電壓頻率變化4%時開關(guān)電源仍可工作。2.2開關(guān)穩(wěn)壓電源具體電路設(shè)計2.2.1整流電路設(shè)計圖2.2 輸入整流濾波電路圖整流濾波電路，主要有兩部分組成：整流橋和濾波電路。2.2.2逆變電路設(shè)計圖2.3逆變電路設(shè)計圖 如圖2-2，采用電壓型逆變電路，它有四個橋，可以看成由兩個半橋電路組合而成，把橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為另一對，組成的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通180度，其特點為：直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)有大電容，交流側(cè)輸出波形為方波，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。2.2.3驅(qū)動電路設(shè)計圖2.4驅(qū)動電路圖電流經(jīng)過

15、整流后變?yōu)橹绷鳎俳?jīng)過高頻逆變變?yōu)榻涣?，再?jīng)過高頻整流變?yōu)橹绷?，最后?jīng)過濾波得到想要的直流，再傳給負載。 2.2.4全橋移相開關(guān)控制電路圖2.5全橋移相開關(guān)控制電路圖在DC/DC變換器中，則多采用以全橋移相控制軟開關(guān)PWM變換器，它是直流電源實現(xiàn)高頻化的理想拓撲之一，尤其是在中、大功率變換器應(yīng)用場合。用軟開關(guān)技術(shù)實現(xiàn)的DC/DC變換器其效率可達90%以上。UC3875控制芯片：UC3875是用于移相全橋型軟開關(guān)電源控制的集成PWM控制器，可對全橋型開關(guān)的相位進行相位移動，實現(xiàn)定頻脈寬調(diào)制控制。UC3875其外形有20引腳封裝和28引腳封裝，UC3875內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如下：圖2.6UC3875內(nèi)

16、部結(jié)構(gòu)方框圖UC3875外接控制電路：圖2.7UC3875外部控制電路圖UC3875軟開關(guān)電源移項PWM控制集成電路，對兩個半橋開關(guān)電路的相位進行移動控制，實現(xiàn)半橋功率級的恒頻PWM控制，借助開關(guān)器件的輸出電容充放電，在輸出電容放電結(jié)束的狀態(tài)下完成零電壓開通。相位控制的特點體現(xiàn)在UC3875的4個輸出端分別驅(qū)動A/B、C/D兩個半橋，都能單獨進行導(dǎo)通延時的調(diào)節(jié)控制，在該死區(qū)時間內(nèi)確保下一個導(dǎo)通管的輸出電容放電完畢，為即將導(dǎo)通的開關(guān)管提供零電壓開通條件。在全橋拓撲下移項控制的優(yōu)點得到了充分的體現(xiàn)，UC3875在電壓模式下電流模式下均可工作，并具有一個獨立的過電流關(guān)斷電路以實現(xiàn)故障的快速保護。芯片

17、的保護功能包括：欠電壓鎖定，即芯片的偏置電壓達到閘值之前，其4個輸出端均保持低的有源輸出狀態(tài)；內(nèi)置的1.5V滯后使工作可靠；具有過電流保護，一旦出現(xiàn)事故該保護電路可在70NS之內(nèi)關(guān)斷所有輸出端；故障處理可在全周期范圍內(nèi)再啟動。該芯片的其它功能包括：帶寬超過7MHZ的誤差放人器；一個5V的基準電壓；軟啟動；一個斜坡電壓發(fā)生器和斜率補償電路。圖2.8UC3875控制集成電路圖PWM移相控制電路如下:圖2.9PWM移相控制電路圖2.3高頻變壓器變比及容量當1000W全橋軟開關(guān)電源采用PQ50/50芯片時先給出主功率變壓器原邊繞組的圈數(shù)計算公式和計算過程?？紤]到UC3875的最佳工作頻率，又因為采用了

18、高頻開關(guān)特性良好的MOSFET功率管，所以選取開關(guān)頻率為100KHZ。首先根據(jù)功率容量Ap乘積公式來進行估算。為了多留些余地，可再減小主功率變壓器的最大工作磁通密度Bm=1000GS，由計算式得到（2-1）當最大磁通密度選用1500GS時，功率容量降低到3.7。若開關(guān)頻率降低到50KHZ，則功率容量乘機增大一倍約11.12，余量就小了。PQ50/50鐵氧體磁芯的有效中心柱截而積為Ae=3.1416cm2它的磁芯窗口而積為Aq=4.18 cm2，因此PQ50/50的功率容量乘積為 （2-2）可見，在開關(guān)頻率為100KHZ時，采用PQ50/50鐵氧體磁芯做1000W主功率變壓器，它的功率容量是合理

19、的。再來計算原邊繞組的匝數(shù)值：計算方法之一 （2-3）取原邊繞組匝數(shù)28 匝。當最大磁通密度選用1500GS時，則Np=18 匝，根據(jù)經(jīng)驗判斷，這個原邊匝數(shù)取值過小了。計算方法之二 （2-4）取原邊繞組匝數(shù)28 匝，結(jié)果與上式相同。計算副邊繞組匝數(shù)，計算式 （2-5） Vop是副邊整流濾波輸出電壓的副值，它由三項數(shù)值相加之和：一是考慮脈動值V=5V*15*10%=6.5二是整流器二極管的正向壓降，Vd=1.2V直流壓降。三是濾波電感的直流壓降假設(shè)為VL=0.2V。IC控制系統(tǒng)時一般都加上外圍分立元件驅(qū)動電路，增大驅(qū)動電流功率，減小IC功率的溫升提高電源整機的可靠性2.4系統(tǒng)仿真及波形2.4.1

20、MATLAB仿真軟件介紹MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的與、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的。在新的版本中也加入了對，的支持。可以直接調(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試

21、器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。MATLAB是一個包含大量計算的。其擁有600多個工程中要用到的運算，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。中所使用的都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以

22、用它來代替底層編程語言，如C和C+ 。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如，特征、快速的復(fù)雜函數(shù)。所能解決的問題其大致包括運算和方程組的求解、方程及偏的組的求解、符號運算、和數(shù)據(jù)的分析、工程中的優(yōu)化問題、運算、的各種運算、和其他初等運算、多維數(shù)組操作以及動態(tài)仿真等。2.4.2仿真電路圖如下圖2.10單相橋式全控整流電路仿真(電阻性負載)2.4.3仿真分析（1）下圖是用示波器觀察仿真結(jié)果晶閘管VT的電流波形和電壓波形，電源電壓波形，=0°時負載電阻兩端的電壓波形和電流波形。圖2.11=0°波形圖（2

23、）下圖是用示波器觀察仿真結(jié)果晶閘管VT的電流波形和電壓波形，電源電壓波形，=30°時負載電阻兩端的電壓波形和電流波形。圖2.12=30°時波形圖（3）下圖是用示波器觀察仿真結(jié)果晶閘管VT的電流波形和電壓波形，電源電壓波形，=60°時負載電阻兩端的電壓波形和電流波形。圖2.13=60°時波形圖（4）下圖是用示波器觀察仿真結(jié)果晶閘管VT的電流波形和電壓波形，電源電壓波形，=90°時負載電阻兩端的電壓波形和電流波形。圖2.14=90°時波形圖單相橋式全控整流電路(電阻性負載)是典型的單相橋式全控整流電路，共用4個晶閘管，2只晶閘管接成共陽極

24、，2只晶閘管接成共陰極，每只晶閘管是一個橋臂，橋式整流電路的工作方式特點是整流元件必須成對構(gòu)成回路，負載為電阻性。第三章 課程設(shè)計總結(jié)課設(shè)結(jié)束后從中我收獲了很多，基本達到了此課程設(shè)計的目的。首先我對課本的相關(guān)的知識點重新的復(fù)習(xí)了一遍，而且是帶著問題來看的所以效果非常好，把老師以前在課堂講的東西有了一個更深的認識，對以前似懂非懂的東西弄懂了，并且能更深體會哪個部分是實踐中更需要的、哪個部分是理論的，可以作到心中有數(shù)。其次在我做課設(shè)的過程中也翻閱了許多相關(guān)的書籍使我的眼界有了很大的拓寬。還有就是我對電腦軟件的應(yīng)用也更為熟練。通過此次電力電子技術(shù)設(shè)計，讓我們有機會將課堂上所學(xué)的理論知識運用到實際中，

25、我對單相橋式整流電路、逆變電路，變壓器，濾波器、濾波電路，DC/DC直流變換，PWM整流電路、PWM濾波電路移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路，軟開關(guān)技術(shù)都有了更深的了解。并通過對知識的綜合運用，進行必要的分析、比較。從而進一步驗證了所學(xué)的理論知識。同時，這次課程設(shè)計，還讓我知道了最重要的是心態(tài)、耐心還有細心，在剛開始覺得困難，但是只要自己充滿信心，堅持下來，就肯定能完成的。在此次課程設(shè)計過程中，我更進一步地熟悉了單相交流調(diào)壓電路的原理和驅(qū)動電路的設(shè)計。當然，在這個過程中我也遇到了困難，查閱資料，和同學(xué)相互通過討論。我準確地找出了我們的錯誤并糾正了錯誤，這更是我的收獲，不但使我們進一步提高了我們的

26、實踐能力，也讓我們在以后的工作學(xué)習(xí)有了更大的信心。通過這次課程設(shè)計使我懂得了只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合，從實踐中得出結(jié)論，從而提高了自己的實際動手能力和獨立思考的能力。讓我收獲最大的是我發(fā)現(xiàn)了自己對以前的知識理解的不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次，我把以前所學(xué)的知識重新溫故，鞏固了所學(xué)知識，讓我受益匪淺。最后感謝在此次課設(shè)中給予我大力支持和幫助的老師和同學(xué)。參考文獻1 王兆安主編.電力電子技術(shù).第四版.北京：機械工業(yè)出版社,2003Wang Zhaoan, ed. power electronics technology. Fourth ed. Beijing

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