推挽電路課程設(shè)計J

一、設(shè)計目的培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的正確設(shè)計思想，訓(xùn)練綜合運用已經(jīng)學(xué)過的理論和生產(chǎn)實際知識去分析和解決工程實際問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實際問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。使學(xué)生能系統(tǒng)全面的總結(jié)所學(xué)過的理論知識，掌握各類電力半導(dǎo)體器件所構(gòu)成的各種功率變換電路，掌握各變換主電路的構(gòu)成和工作原理，不同負載對電路工作特性的影響以及主電路的元件參數(shù)計算與選擇等。二、設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計推挽電路；加深對推挽變換電路的理解；學(xué)會分析推挽電路的各種工作模態(tài)，及原邊開關(guān)管、副邊二極管的電壓電流參數(shù)設(shè)計和選?。皇煜ぷ儞Q器中變壓器復(fù)位的基本原理及設(shè)計；建立硬件電路并進行開關(guān)調(diào)試；撰寫設(shè)計報告。三、設(shè)計思想及設(shè)計原理3.1推挽變換器3.1.1工作原理圖1推挽變換器推挽變換器的主要波形如圖2所示。電路如圖1所示，兩個IGBT管可看成兩個可控制的開關(guān)，通過控制開關(guān)管Q1、Q2的開斷可以控制電路的輸出。變壓器的同名端在電路中已經(jīng)給出，輸入的電壓值假設(shè)為V。Q1導(dǎo)通時，輸入電壓加在變壓器原邊上端繞組上，同時Q2關(guān)斷，其兩端承受兩倍的輸入電壓，變壓器副邊上端繞組電壓為n2V/n1，整流二極管D1導(dǎo)通，此期間電源向負載提供能量，電感L中的電流逐漸上升。Q1關(guān)斷、Q2仍未導(dǎo)通，兩管同時處于關(guān)斷狀態(tài)。整流管D1中電流逐漸減小，D2中電流逐漸增大，直到兩管中電流相等（忽略變壓器激磁電流），此時變壓器可以看作被短路，兩開關(guān)管承受電源電壓，輸出功率由輸出電容提供，電感L中的電流逐漸下降。Q2導(dǎo)通Q1關(guān)斷時，輸入電壓加在變壓器原邊下端繞組上，Q1承受兩倍的輸入電壓，變壓器副邊下端繞組電壓為n2V/n1，整流二極管D2導(dǎo)通，此期間電源向負載提供能量；Q2關(guān)斷、Q1仍未導(dǎo)通，整流管D2中電流逐漸減小，D1中電流逐漸增大，直到兩管中電流相等（忽略變壓器激磁電流），此時變壓器可以看作被短路，兩開關(guān)管承受電源電壓，輸出功率由輸出電容提供，電感L中的電流上升。如果Q1和Q2同時導(dǎo)通的話，就相當(dāng)于變壓器一次繞組短路，因此應(yīng)避免兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通，每個開關(guān)管各自的占空比應(yīng)不能超過50%，所以要保留有一定的死區(qū)，防止兩管同時導(dǎo)通。推挽變換器的電路結(jié)構(gòu)簡單，是基于單端正激變換器，我們可以把看成兩個完全對稱的單端正激變換器的組合，但是，推挽變換器比正激變換器輸出更大的功率。電路中，變壓器鐵芯雙向磁化，鐵芯尺寸相同，同時，電路必須有良好的對稱性，否則容易引起直流偏磁導(dǎo)致鐵芯飽和，磁芯飽和后電路就無法正常工作。變壓器繞組必須緊密耦合，以減小漏感，從而降低功率管的關(guān)斷電壓尖峰，這增大了變壓器繞制工藝的要求以及對所用功率器件電壓定額的要求。另外，電路中輸入電流紋波較大，因而濾波器的體積也要較大。推挽變換器通常用于中小功率場合，一般使用的功率范圍為幾百瓦到幾千瓦。3.1.2基本關(guān)系1、電壓傳輸比輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為：VO/V.n=2nDD為單管導(dǎo)通占空比，n為變壓器匝比，n=n2/n1。2、開關(guān)管的電壓、電流應(yīng)力當(dāng)開關(guān)管Q1或者Q2關(guān)斷時，開關(guān)管上的穩(wěn)態(tài)電壓最高是2Vin。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時流過開關(guān)管的電流是經(jīng)變壓器變換后的負載電流，其有效值為：\=%而3、副邊整流管的電壓電流應(yīng)力對于副邊全波整流結(jié)構(gòu)，副邊整流二極管的電壓應(yīng)力是變壓器副邊單繞組電壓的兩倍，即2nVin。流過整流管電流的有效值為：、=U'E3.2推挽變換器的參數(shù)設(shè)計樣機的技術(shù)指標(biāo)如下：輸入電壓：36-75V直流輸入

輸出電壓：10V/10A直流輸出功率：100W開關(guān)頻率：100KHz1、主功率變壓器的設(shè)計（1）占空比和變壓器變比的確定：由于推挽變換器存在直流偏磁問題，為了克服這一缺點，選用電流型控制芯片，以限制流過器件的電流?？刂菩酒x用UC3846，試驗中它可以輸出最大占空比D為0.45，開關(guān)頻率設(shè)計在100kHz。在輸入電壓最低為36VDC時，保證輸出電壓可以達到10V。由公式：V廣2心可得變壓器變比n=n=0.38，考慮到實際電路會有一定的占空比丟失，可ni以選取變比n=0.4。（2）磁心的選取根據(jù)公式：PoSQ=Ox10Po2外"J選擇變壓器磁心。上式中各個參數(shù)的單位是：P—W,S—cm,Q—cm,B—Gs，j—A/cm，對于鐵氧體磁芯Kc=1，?。?0.3。選用高頻鐵氧體材料R2KBD，其飽和磁密B’為5100Gs，Bm可以選3Bs=1700Gs。結(jié)構(gòu)選為EE33型，其有效磁心截面積S為1.11cm2，窗口面積Q為1.31cm2。100由上述公式計算可得:100SQ=x108=0.3762x100x103x1700x0.87xlx0.3x300而EE33鐵芯的SQ=1.4541，可以選擇EE33型磁心。（3）匝數(shù)的設(shè)計對雙向矩形脈沖的變壓器有N1^^x108=36x4.5x10—6x108=4.32BS2x1700xN1m選取原邊單繞組為5匝。根據(jù)變比要求，取副邊單繞組匝數(shù)為2匝，即變壓器的繞組匝數(shù)為：5：5：2：2。繞組的設(shè)計導(dǎo)線中流過交變電流時會產(chǎn)生集膚效應(yīng)，即導(dǎo)線橫截面上的電流分布不均勻，線有效截面積減少，電阻增大。在高頻工作時，必須加以考慮。當(dāng)開關(guān)頻率為100kHz時，穿透深度△為：A=：==0.20898(mm)①四\2兀100X103X4兀X10-7X58X10-6導(dǎo)線線徑應(yīng)小于穿透深度的兩倍。首先計算原副邊繞組電流有效值。滿載工作時，不考慮流過變壓器副邊n2和濾波電感的電流紋波，則流過n2的電流幅值等于流過電感電流的平均值，即負載電流In，則流過變壓器原副邊電流的有效值I「I2分別為：Dmax==0.3472x36x0.4Dmin==0.1672x75x0.4=心；=2.356人=小i-Dmin=9.127A2、開關(guān)管的選取開關(guān)管的最高電壓應(yīng)力是兩倍的最高輸入電壓，即150V。但推挽變換器由于變壓器漏感的存在，在開關(guān)管關(guān)斷時有較大的電壓尖峰，因此要考慮較大的電壓裕量。開關(guān)管的電流定額：IP0(max)D=100(0.347=1.88取2q(max)門vn(min)max0.87*36可選取IRFP20型號的MOSFETo3、副邊整流管的選取副邊整流二極管承受的最大電壓應(yīng)力為2nVmax=2X0.4X75=60V，考慮1.5倍的裕量，可以選取耐壓為100V的功率整流管。流過整流二極管的最大電流為為副邊繞組的最大電流，考慮2倍的裕量0=2X12=18.2AGSIB2520-E3/45型號的功率二極管滿足要求。4、濾波電感的設(shè)計電感值設(shè)計濾波電感的設(shè)計根據(jù)變換器的輸出額定功率100W設(shè)計。根據(jù)最小臨界連續(xù)電流來選取濾波電感的電感值：V2ToffL=v0EJJ(max)—2PO(min)其中，Toff=(0.5—Dmin)T=3&s，設(shè)P0mni=1,代入上式可得：L=8.25uHPo5可以選取濾波電感值為10UH。鐵心的選擇選用高頻鐵氧體材料制成的EE33鐵芯，其飽和磁密為5100GsS=CD=13X9.7=126.1mmCQ=(B-C)E=(13.8-13)X23.5=18.8mm。初選氣隙3=1mm，則:10x10-6x1x10-37954兀x10-7x126.1x10-6選取N=10匝此時b=&鈔2=1.5838mm2L滿載時JL(max)=小^&'=17.5A因此：Bmax=&NLmax)=0.1387T導(dǎo)線的選取在選擇導(dǎo)線時可考慮使用多股線，因為導(dǎo)線線徑應(yīng)小于穿透深度的兩倍，則可用穿透深度來選擇導(dǎo)線。穿透深度^=0.20898mm，取Su1=0.79mm,Su2=3.03mm

貝gn1=^1=°'9=1.98取n=22A2x0.208981室=—室=—303—=7.25取n=82A2x0.208982所以原邊取八股線。5、濾波電容的設(shè)計濾波電容的設(shè)計根據(jù)變換器的輸出平均功率100W設(shè)計。在輸出的直流電壓中，包含有高頻紋波和很小的二次紋波成分。由于高頻成分較多，必須選用低阻抗高頻電解電容，選取主要依據(jù)輸出紋波滿足要求。利用公式：C=*("見卜2D8L(2f)AV0Cmax=0.4x36x2x0.167x(1"x0.167)=08x10x10一6(2x100x103)2x1本變換器中，濾波電容采用1000UF/25V的電解電容。6、控制電路關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計推挽變換器電路如圖3所示。fT7

圖3推完變換器電路圖fT7C/SSS由于推挽變換器存在著直流偏磁問題，為了克服這一缺點，選用電流型控制芯片，以限制流過器件的電流。我們選用UC3846C/SSSSkutdomic/s-叵c/s+R"E/A+[TE/A?叵COMPpfn]AOUT回Rt圖4UC3846引腳圖E/A?叵COMPpfn]AOUT（1）頻率設(shè)定頻率由8腳^與9腳*值決定。開關(guān)頻率為100kHz,內(nèi)部振蕩頻率為200kHz，可確定：R=12K,C=1000pF。（2）死區(qū)時間設(shè)定當(dāng)Rt很大時，td=145Ct=0.145us（3）電流信號取樣采用電阻取樣，將電阻串于輸入主電路中，如果取樣電阻阻值較大，損耗也會增大，從而影響變壓器的效率，因此選用一段阻值為15m的康銅絲作取樣電阻。7、隔離電壓取樣電路的設(shè)計采用TL431與光藕4N25配合構(gòu)成隔離電壓取樣電路。8、保護電路設(shè)計本變換器設(shè)有輸入過壓保護電路和輸出過壓保護電路，它們的保護信號經(jīng)鎖存器輸入到UC3846的第16腳。、設(shè)計總結(jié):4.1電路總結(jié)由設(shè)計分析可知，推挽電路有以下優(yōu)缺點：優(yōu)點：推挽電路中變壓器雙向勵磁，變壓器一次回路只有一個開關(guān)，通態(tài)損耗小，推挽電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個導(dǎo)通，開關(guān)變壓器磁芯利用率高，驅(qū)動簡單。缺點：變壓器帶有中心抽頭，而且開關(guān)管的承受電壓較高；由于變壓器原邊漏感的存在，功率開關(guān)管關(guān)斷的瞬間，漏源極會產(chǎn)生較大的電壓尖峰，另外輸入電流的紋波較大，因而輸入濾波器的體積較大。由于推挽變換器存在著直流偏磁的問題，為克服這一缺點，選用電流型控制芯片，以限制流過電器的電流。所以我們選用UC3846電流控制型芯片。4.2心得體會對于這次的電力電子課程設(shè)計實習(xí)，我們很認真的對待。從拿到課題開始查閱資料，設(shè)計電路圖，分析能否運行，我們努力的去完成我們的課題。在小組內(nèi)我們積極探討，互相學(xué)習(xí)，把簡單的把理論知識和實踐有效的結(jié)合起來。在遇到問題時我們也主動的詢問指導(dǎo)老師，更好更快的解決問題?？傊@次實習(xí)為我接下來的學(xué)習(xí)和實踐打下了一個很好的基礎(chǔ)。五參考文獻張占松，蔡宣三.開關(guān)電源原理與設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2000李飛.模板化航空靜止變流器直流變換