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家用电器稳压电源--PWM部分设计.doc

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家用电器稳压电源--PWM部分设计.doc

WWW88DOC88COM目录1前言12方案论证23设计要求24系统总体框图25硬件电路的设计351变换电路352EPWM控制电路5521电压整流检测电路9522对电压波动进行正负补偿的控制电路路11523三角波发生器电路12524状态切换触发电路12525稳压补偿过程156总结16谢词16参考文献17附录11811前言随着高新技术的发展,越来越多的高精密负载对输入电源,特别是对交流输入电源的稳压精度要求越来越高。但是,由于电力供求矛盾的存在,市电电网电压的波动较大,不能满足高精密负载的要求,需要在市电电网与负载之间增设一台高稳压精度的宽稳压范围的交流稳压电源。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术,服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命,给电力电子技术提供了广阔的发展前景,同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用,普通电源在工作时产生的误差,会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果,世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准,才能够进入市场。随着经济全球化的发展,满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的,期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里,数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向,是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展,各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用,到90年代,己出现了数控精度达到005V的数控电源,功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上,数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面,几乎都为旋纽开关调节电压,调节精度不高,而且经常跳变,使用麻烦1。随着数控电源技术的发展,PWM脉宽调制技术已成为稳压电源的一个热点。脉宽调制PWMPULSEWIDTHMODULATION是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。本文正是一种利用等脉冲宽度调制(EPWM)技术配合高速电子开关、高频电子变压器和LC滤波器实现交流开关式稳压电源的。22方案论证方案一感应式交流稳压器。是将铁磁谐振变压器固定不变的次级谐振回路改成其谐振功率可根据不同负载情况自动进行调整的结构,即次级谐振回路中的谐振电容中,至少有一个谐振电容通过切换开关自动切换与输出主绕组N靠改变变压器次、初级电压的相位差,使输出交流电压稳定。方案二晶闸管交流稳压器。用晶闸管作功率调整元件。稳定度高、反应快且无噪声。但对通信设备和电子设备造成干扰。方案三多补偿变压器式交流稳压电源。所谓多补偿变压器式交流稳压电源,就是用多个(一般是2~4个)补偿变压器,将其次级串入主电路中,通过由双向晶闸管或固态继电器组成的“多全桥”变换电路,采用有选择的切换或通过切换串入补偿变压器的个数进行有级补偿,来达到稳压目的。方案四对方案三取其优点、避其缺点,提出了用等脉宽调制(EPWM)高频斩波器进行补偿的交流稳压电源以供参考。它是对曾经研制和发表过的“PWM斩波器式交流稳压电源”的一种改进变形电路2,比原电路更简单,也更合理一些。通过对以上几种方案的比较,我们选择方案四,采用等脉宽调制高频斩波器进行补偿的交流稳压电源。3设计要求(1)整流滤波电路的设计;(2)PFC电路的设计;(3)变换电路的设计;(4)PWM控制电路设计;(5)辅助电源的设计;4系统总体框图本系统采用一种利用等脉冲宽度调制(EPWM)技术配合高速电子开关、高频电子变压器和LC滤波器实现交流开关式稳压电源的实现思路。市电电压经整流滤波变为较为平滑的310V直流电压由PFC高功率因数校正电路校正为功率因数较高的直流后输入变换电路。变换电路是由EPWM斩波式脉冲调制控制电路来进行控制的,同时EPWM控制电路还要进行电压补偿已达到稳压的目的。系统整体框图如图1所示。整流滤波PFC校正电路变换电路输出滤波辅助电源PWM控制电路市电220V3图1交流稳压总体框图5硬件电路的设计本交流稳压电源是一种利用等脉冲宽度调制(EPWM)技术配合高速电子开关、高频电子变压器和LC滤波器实现交流开关式稳压电源的实现思路。市电电压经整流和滤波电路产生一组非稳定的直流电压,提供给高速电子开关以实现能量交换。从市电直接取得交流电压,首先经过D1D4桥式整流,C9、R23和C10、R24组成的RC滤波后再次经过C11滤波,最后获得平滑的输出直流电压。该直流电压经PFC功率因数校正电路获得较高的功率因数后送往后续电路。PFC电路的供电电源采用15V的辅助电源供电,同时该辅助电源也对PWM控制电路供电。由于该交流稳压电源设计是和同学两人一起做,本人负责交换电路、输出滤波和PWM控制电路,所以前面的整流滤波电路、PFC校正电路、辅助电源和显示电路不多做累述。下面将详细介绍交换电路、输出滤波和EPWM控制电路。51变换电路变换电路3是将从PFC输出的高功率因数的平滑直流电压变为波形为方波的交流电。变换电路是由EPWM桥式斩波器S1~S4及其输出变压器TR、直流整流电源D1~D4和输出交流滤波器LF、CF组成。桥式斩波器是串联在PFC校正电路和负载之间的,以便对变换后的电压波动进行正、负补偿。电路如图2所示CFD1D4D2D3LFTRCDPFC输入负载EFUEFS1S2S3S4图2变换电路4桥式斩波器输出电压中的谐波,由滤波器LF、CF来滤除。由谐波幅值UM/KΠSINKDΠ可以算出,当载波三角波频率FC10KHZ,N200,D01~09时,基波与各次谐波的幅值如表1所列。基波和各次谐波与调制比亦即占空比D的关系曲线如图3所示。可知EPWM正弦斩波电压的谐波频率与载波比N成正比,N越大谐波频率越高,所需的滤波器LF、CF的参数值也越小。所以,根据表1及图3可以计算LF及CF的值。桥式斩波器所需的直流电源,由取自PFC校正电路输出端的电源UI,通过整流器D1~D4来供给。这里应该指出的是,EPWM桥式斩波器S1~S4并不是工作在逆变器状态,而是工作在桥式斩波器状态。这是由它的EPWM工作方式、直流电源电压波形和直流电容CD值的大小及其功能来区分的4。表1基波与各次谐波的幅值(FC10KHZ,N200)B1/UM01020304506070809B199/UM009840187102575030270318303027025750187100984B201/UM009840187102575030270318303027025750187100984B399/UM00935015140151400935000935015140151400935B401/UM00935015140151400935000935015140151400935B599/UM008580100900328006240106100624003280100900858B601/UM008580100900328006240106100624003280100900858B799/UM00757004680046800757000757004680046800757B801/UM007570046800468007570007570046800468007575123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE9MAY2009SHEETOFFILEE\学习\家用电源稳压设计\成品\BACKUP2DDBDRAWNBYB/U010203040506010203040506001020304050607080910B1/UMB801/UMB601/UMB401/UMB201/UMB799/UMB599/UMB399/UMB199/UMD图3谐波分量与占空比D的关系曲线桥式斩波器的直流电压,不是通过电容CD把整流电压滤波成恒定的平滑直流电压,而是仍然为单相桥式整流电压的波形。直流电容CD不再具有直流滤波功能,而只是为了创造一个续流通路而设置的。对于感性负载,在一个斩波开关周期内续流的能量是很小的(由于斩波频率较高),所以CD的值也很小,CD的充放电速度很快,不会影响整流电压的上升或下降速度,使CD上的电压与不滤波的整流电压波形相同。也就是说,由于电容CD的值很小,它只允许续流电流通过,不再具有直流滤波功能,因此对整流波形不产生影响。这就说明桥式斩波器是工作在EPWM斩波状态,而不是工作在逆变状态。N沟道增强型场效应管的栅极控制脉冲是由PWM控制电路产生并进行控制的。当PWM控制电路产生的正交三角波的下降沿时S1和S4导通,上升沿时S2和S3导通。输出电压UEF为方波交流电压。二极管D1D4为场效应管S1S4漏极和源极提供合适的电压压降。52EPWM控制电路斩波式交流稳压电源的控制电路,是由输入电压整流检测电路、比较电路、EPWM电路和桥式斩波器开关S1~S4工作状态的切换和触发电路组成。在电压整流检测电路中,加入对滤波电感LF上的电压检测,是为了减小滤波电感LF的电抗对稳压精度的影响。6EPWM是由PDPARKH,SRPARADLA于1983年首先提出来的5。其原理是采用用直流形式表示的误差电压ΔU与三角波电压UC进行比较如图4C所示,在直流误差电压ΔU大于三角波电压的部分产生出等脉宽调制脉冲,如图4D所示。用图4D的等脉宽调制脉冲去触发桥式斩波器中相应的开关管S1~S4,就可以在桥式斩波器的两桥臂中点E和F之间产生出EPWM正弦斩波电压波形,如图4E所示。经过滤波器LF、CF滤波后,就可以在变压器TR初级得到正弦补偿电压UEF1,如图3F所示。UEF1在TR次级产生补偿电压UCO。当对市电电压进行正补偿时,补偿电压UCO与市电电压相位相同;当对市电电压进行负补偿时,补偿电压UCO与市电电压相位相反。图4是针对正补偿情况画出来的,对负补偿也可以画出相应的波形图。交流稳压电路的EPWM,与正弦斩波电压的生成如图4所示。其中图4A为整流器VD1~VD4的交流输入电压波形,图4B为直流电容CD上的电压波形,图4C为EPWM,图4D为EPWM产生的桥式斩波器中开关管V1~V4的触发脉冲波形,图4E即为EPWM正弦斩波电压波形,图4F为TR初级补偿电压波形。

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