全桥型开关稳压电源设计

全桥型开关稳压电源 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 辽 宁 工 业 大 学 电力电子技术课程设计(论文) 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目:全桥型开关稳压电源设计 院(系): 电气工程学院 专业班级: 电气093 学 号: 090303073 学生姓名: 郝富文 指导教师: (签字) 起止时间:2011-12-26至2012-1-06 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 课程设计(论文)任务及评语 院(系):电气工程学院 教研室:电气 学 号 090303073 学生姓名 郝富文 专业班级 电气093班 设计题目 全桥型开关稳压电源设计 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数 实现功能 为通信电子设备提供48V稳压范围宽、大功率直流电源，以取代低效 率、体积笨重的传统线性稳压电源。 设计任务与要求 1、 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的经济技术论证。 课 2、整流电路设计。 程 设3、逆变电路设计。 计 4、确定高频变压器变比及容量; ) 论5、通过计算选择器件的具体型号。 文 6、控制电路设计或选择。 ) 任7、绘制相关电路图。 务 8、在实验室进行模拟调试或matlab仿真。 9、完成4000字左右说明书。 技术参数 1、输入电压单相187 ~ 242V。2、输入交流电频率45~65HZ。3、输出 直流电压48V恒定。4、输出直流电流20A。5最大功率:1000W。6、稳压精 度:?1, 第1天:集中学习;第2天:收集资料;第3天:方案论证;第4天:输入工整流滤波电路设计;第5天:逆变电路设计;第6天:确定高频变压器变比作 计及容量;第7天:控制电路设计;第8天:系统调试或仿真;第9天: 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 划 并撰写说明书;第10天:答辩 指 导 教 师 评 语平时: 论文质量: 答辩: 指导教师签字: 及 成 绩 总成绩: 年 月 日 注:成绩:平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘要 本实验介绍了一款基于PWM技术的全桥型开关稳压电源。给出了高频变压器、PWM控制及保护电路的详细设计方法。用该方法设计了一台输出电压为48V的全桥型开关稳压电源，并给出了实验波形。 开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。本设计中采用220v的交流输入电压， 反激式电源采用在100w以下的电路，而本电源设计最大功率达到1000w，输出地额定电流为20A左右，系统的控制电路采用高速双路的PWM控制器SG3525，至于保护电路我才用的是UC3825的保护电路。设计采用了AC,DC,AC,DC变换方案。一次整流后的直流电压，经过有源功率因数校正环节以提高系统的功率因数，再经全桥变换电路逆变后，由高频变压器隔离降压，最后整流输出直流电压。 在设计中，首先画出主电路图，主电路图由整流电路、全桥电路组成。全桥电路的开关元件使用的是MOSFET。并说明其工作原理，再通过基本计算，选择触发电路和保护电路的结构以及晶闸管的型号和变压器的变比及容量，完成本设计的任务。 关键词:开关电源;全桥，PWM控制电路，高频变压器 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 目 录 第1章 绪论 ......................................................... 2 1.1 电力电子技术概况 ............................................. 2 1.2 本文研究内容 ................................................. 2 第2章 全桥稳压电源设计 ............................................. 3 2.1 全桥稳压电路总体结构图 ....................................... 3 2.2 全桥稳压电路具体电路设计 ..................................... 3 2.2.1 整流电路设计 ..........................................................................................3 2.2.2 逆变电路设计 ..........................................................................................4 2.2.3 总电路设计 ..............................................................................................5 2.3 高频变压器变比及容量 ......................................... 6 图2.7 .............................................................................. 错误～未定义书签。9 2.4 波形图及其工作原理 .......................................... 10 2.5 MATLAB仿真及其波形 ......................................... 11 第3章 课程设计总结 ................................................ 14 参考文献 ........................................................... 15 1 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 第1章 绪论 1.1 电力电子技术概况 电力电子技术这一名称是在20世纪60年代出现的。电力电子技术，顾名思义，就是应用于店里领域的电子技术。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，店里变化通常可分为四大类，即交流变直流(AC-DC)、直流变交流(DC-AC)、直流变直流(DC-DC)、交流变交流(AC-AC)。在我国的学科分类中，电气工程是一个一级学科，它包含五个二级学科，即电力系统及其自动化、电机与电器、高压电与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工理论与新技术。电力电子器件的发展对电力电子技术额发展起着决定性的作用，因此电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲领的。 电力电子技术的应用非常广泛。它不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、计数机系统，新能源系统等………. 1.2 本文研究内容 开关稳压电源(以下简称开关电源)问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。早期出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。随着脉宽调制(PWM)技术的发展，PWM开关电源问世，它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制，电源的效率可达65%~70%，而线性电源的效率只有30,~40,。因此，用工作频率为20 kHz的PWM开关电源替代线性电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术发展史上被誉为20kHz革命。 随着超大规模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多;而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量化的电源。因此，对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量也要小。此外，还要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。这一切高新要求便促进 了开关电源的不断发展和进步。 2 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 第2章 全桥稳压电源设计 2.1 全桥稳压电路总体结构图 如图2.1 图2.1全桥稳压电路总体结构图 电流经过整流后变成直流，在经过高频逆变到交流，在经过高频整流到直流，最后经过滤波得到所要的直流。 2.2 全桥稳压电路具体电路设计 2.2.1 整流电路设计 如图2.2所示。 3 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 图2.2整流电路 2.2.2 逆变电路设计 如图2.3所示。 图2.3逆变电路 如图2.3，采用电压型逆变电路，它有四个桥，可以看成由两个半桥电路组合而成。把桥臂1和4作为一对，2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两队交替各导通180度。其特点:直流侧为电压源，或并联有大电容。交流侧输出电压波形为方波，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。 4 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 2.2.3 总电路设计 图2.4全桥型开关稳压电源设计总电路图 图2.5驱动电路 5 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 电流经过整流后变成直流，在经过高频逆变到交流，在经过高频整流到直流，最后经过滤波得到所要的直流，再传给负载。下半部分是驱动电路，1 2 3 4号接口分别与上图的1 2 3 4号接口相连。 2.3 高频变压器变比及容量 当1000W全桥软开关电源采用PQ50/50芯片时先给出主功率变压器原边绕组的圈数计算公式和计算过程。考虑到UC3875的最佳工作频率，又因为采用了高频开关特性良好的MOSFET功率管，所以选取开关频率为100KHZ。(如图2.6) 首先根据功率容量Ap乘积公式来进行估算。为了多留些余地，可再减小主功率变压器的最大工作磁通密度Bm=1000GS,由计算式得到: 661000*10Pt*10Ap=Ae*Aq=Pt*10==5.56 32,fBm,KmKc2*0.9*100*10*1000*2*0.5*1 当最大磁通密度选用1500GS时，功率容量降低到3.7。若开关频率降低到50KHZ，则功率容量乘机增大一倍约11.12，余量就小了。 2 PQ50/50铁氧体磁芯的有效中心柱截面积为Ae=3.1416cm它的磁芯窗口面积 2为Aq= 4.18 cm,因此PQ50/50的功率容量乘积为: Ap=Ae*Aq=3.1416*418=13.2 可见，在开关频率为100KHZ时，采用PQ50/50铁氧体磁芯做1000W主功率变压器，它的功率容量是合理的。 再来计算原边绕组的匝数值: 计算方法之一 88Vinmax*10314*10 Np== ,27.1534fBmAe4*100*10*1000*3.1416 取原边绕组匝数28匝。当最大磁通密度选用1500GS时，则Np=18匝，根据经验判断，这个原边匝数取值过小了。 计算方法之二 66,6VinTonmax*10341*5*10*10 Np= ,,27.136BmAe22*0.1*314.16 取原边绕组匝数28匝，结果与上式相同。 6 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) Vop计算副边绕组匝数，计算式: Ns=*Np Vinmax Vop是副边整流滤波输出电压的副值，它由三项数值相加之和:一是考虑脉动值V=5V*15*10%=15+1.5=6.5二是整流器二极管的正向压降，Vd=1.2V直流压降。三是滤波电感的直流压降假设为VL=0.2v。IC控制系统时一般都加上外围分立元件驱动电路，增大驱动电流功率，减小IC功率的温升提高电源整机的可靠性 图2.6高频变压器 7 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 图2.7电网输入整流滤波电路 8 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 图2.8辅助电源电路 9 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 2.4 波形图及其工作原理 波形图如2.9所示 图2.9单项桥式全控整流电路带电阻负载时波形 工作原理 第一阶段(0~WT):这阶段U2在正半周期，a点电位高于b点电位晶闸管VT1和VT2方向串联后与U2连接，VT1承受U2/2，VT2承受U2/2的反向电压;同样 VT3和VT4反向串联后与U2连接，VT3承受U2/2的正向电压，VT4承受U2/2的反向电压。虽然VT1和VT3受正向电压，但是尚未触发导通，负载没有 电流通过。 10 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 第2阶段(WT~3.14):在WT1时同时触发VTI和VT3，由于其受正向电压而导通，电流由a VT1 R VT3 b点形成回路。在这段区间里，ud=u2,id= ivt3=ud/R.由于VT1和VT3导通，忽略管压降，UVT1=UVT2=0。 第3阶段(3.14~WT2):从WT=3.14开始U2进入了负半周期，b点电位高于a点电位，VTI和VT3由于受反向电压而关断，这是所有VT 都不导通各晶闸管承受U2/2的电压，但VT1和VT3承受的是反向电压，负载没有电流流过，ud=0，id=i2=0。 第4阶段(WT2~3.14):在WT2时，U2电压为负，VT2和VT4受正向电压，触发VT2和VT4导通，有电流经过b VT2 R VT4 a点，在这段时间里， ud=u2,id=ivt2=ivt4=i2=ud/R。由于VT2和VT4导通，VT2和VT4承受U2的负半周期电压，至此一个周期电压，至此一个周期工作完毕，下一个周期，重复上述过程 单相桥式整流两次脉冲间隔180度。 2.5 MATLAB仿真及其波形 图2.10仿真电路图 11 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 延迟角30度，如图2.11所示。 图2.11延迟30?波形 延迟角60度，如图2.12所示。 图2.12延迟60?波形 12 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 延迟角90度，如图2.13所示。 图2.13延迟90?波形 延迟角120度，如图2.14所示。 图2.14延迟120?波形 13 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 第3章 课程设计总结 课设结束了从中我收获了很多，基本达到了课程设计的目的。首先我对课本的相关的知识点重新的复习了一遍，而且是带着问题来看的所以效果非常好，将老师以前在课堂讲的东西有了一个更深的认识，对以前似懂非懂的东西弄懂了，并且能更深体会哪个部分是实践中更需要的哪个部分是理论的可以作到心中有数。其次在我做课设的过程中也翻阅了许多相关的书籍使我的眼界有了很大的拓宽，犹如小鱼游入大海，此刻也更感到自己的渺小无知。还有就是我对计算机软件的应用也更为熟练，这是个以外的收获。 通过这次电力电子技术设计，让我们有机会将课堂上所学的理论知识运用到实际中，并通过对知识的综合运用，进行必要的分析、比较。从而进一步验证了所学的理论知识。同时，这次课程设计，还让我知道了最重要的是心态、耐心还有细心，在刚开始会觉得困难，但是只要充满信心，就肯定会完成的。我加深了对课本专业知识的理解，平常都是理论知识的学习，在此次课程设计过程中，我更进一步地熟悉了单相交流调压电路的原理和触发电路的设计。当然，在这个过程中我也遇到了困难，查阅资料，相互通过讨论。我准确地找出了我们的错误并纠正了错误，这更是我们的收获，不但使我们进一步提高了我们的实践能力，也让我们在以后的工作学习有了更大的信心。通过这次课程设计使我懂得了只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合，从实践中得出结论，从而提高了自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计中遇到了不少困难，但也让我学到了一些课本上没有的知识，进一步的提高了我的能力。 让我收获最大的是我发现了自己对以前的知识理解的不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次，我把以前所学的知识重新温故，巩固了所学知识，让我受益菲。最后感谢在此次课设中给与我大力支持和帮助的老师和同学。 14 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文) 参考文献 [1] 王兆安. 电力电子技术.第四版.北京:机械工业出版社,2003 [2] 刘胜利 现代高频开关电源实用技术 电子工业出版社 2001.9 [3] 石 玉. 电力电子技术题例与电路设计指导 北京:机械工业出版社,1999 [4] 马传天 晶体管开关稳压电源 北京: 人民邮电出版社 1995.1 [5] 郝万新 电力电子技术 化学工业出版社 2002.1 [6] 周志敏 开关电源实用技术 人民邮电出版社 2004.1 [7] 张占松 高频开关稳压电源 广州:广东科技出版社 1993 [8] 潘天明 工频和中频感应炉 冶金工业出版社 1997 [9] 苏玉刚 电力电子技术 重庆大学出版社 2004.3 [10] 许德高 脉冲调制变换型稳压电源 北京: 科学出版社 1996 [11] 叶慧贞 开关稳压电源 北京:国防工业出版社 1990[12] 张立 现代电力电子技术 北京: 人民邮电出版社 1995.1 15