全桥型开关稳压电源设计-电力电子技术-课程设计(论文)

电力电子技术 课程设计（论文）题目： 全桥型开关稳压电源设计 课程设计（论文）任务及评语院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电气学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论文）题目全桥型开关稳压电源设计课程设计（论文）任务将单相 220V 交流电转换为 48V 稳定的直流电，为通讯设备供电。设计的主要任务包括：1、主电源设计。2、通过计算选择整流器件的具体型号。3、确定高频变压器变比及容量。4、辅助电源设计。5、保护电路设计。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日目 录第 1 章 课程设计目的与要求 .11.1 课程设计目的.11.2 课程设计的预备知识.11.3 课程设计要求.1第 2 章 课程设计内容 .22.1 总体方案论证.22.2 开关稳压电源基本框图及说明.22.3 主电路设计.32.4 全桥软开关电源移项控制.52.5 高频变压器变比及容量.7第 3 章 课程设计的考核.103.1 课程设计的考核要求.103.2 课程性质与学分.10参考文献 .101第一章课程设计目的与要求1.1 课程设计目的“电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计出具电压稳定的直流电源系统，能够较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌整流电路设计的基本方法。培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。1.2 课程设计的预备知识熟悉电力电子技术课程、电机学课程的相关知识。1.3 课程设计要求按课程设计指导书提供的课题，根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容：1、主电路设计。2、通过计算选择整流器件的具体型号。3、确定高频变压器变比及容量。4、辅助电源设计。5、控制电路设计。6、课程设计总结。7、完成 4000 字左右说明书，有系统电气原理图，内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。设计技术参数 工作量 工作计划1、 输入 220v 单相交流电。2、 稳压输出电 48V 连续可调。3、 输出电流最大值 20A。4、输出功率越 1000W。1、主电路设计。2、通过计算选择整流器件的具体型号。3、确定高频变压器变比及容量。4、辅助电源设计5、控制电路设计。6、绘制电路原理图。第一周：周一：收集资料。周二：方案论证周三：主电路设计。周四：选择器件的具体型号。周五：确定变压器变比及容量。第二周：周一二：控制电路设计周三：辅助电源设计周四五：总结并撰写说明书。2第二章课程设计内容2.1 总体方案论证 由于开关稳压电源的调整工作于开关状态，导通时管压降很小-截止电流几乎为零，因此工作时管耗很小使开关电源的效率很高，通常在 80%左右，而线性电源一般效率低于 50%。由于开关电源的开关元件的工作频率很高，通常在几十 KHZ 至几百 KHZ 范围，因此电路中所使用的都是高频变压器其体积重量都很小，而且大多数开关电源都省去工频变压器由电网工频直接整流滤波，所以开关电源比同功率的线性电源其体积重量都小得多。由于开关电源的输出电压是由脉冲波形的占空比调节的，受输入电压幅度的影响较小，所以它的稳定范围很宽，对电网电压要求较低一般电网电压从 140V-260V 开关电源均可工作而线性电源一般允许电网电压波动正负 10%，另电网电压频率变化 4%时开关电源仍可工作。 2.2 开关稳压电源基本框图及说明滤波 晶体管功率开关整流滤波脉冲宽度调节开关比较放大器基准电压整 流采样电路 负载电路首先经过滤波电路变成含有一定脉动成分的直流电压，然后进入高频电路。高频变换部分的核心是一个高频功率元件，它将脉动直流电压斩波成高频方波，然后再将这个方波经过整流滤波得到所需的直流电压。通常这里采用一个脉冲宽度调制电路，通过由给定的基准电压与输出直流电压采样信号比较进而控制脉宽调制来控制高频开关元3件的开关时间比。2.3 主电源设计全桥功率变换器的简化电路，它是大功率 DC/DC 变换器的理想拓扑之一图中高压开关管 S1、S2、S3、S4 组成了全桥的四臂，高频变压器 T1 接在它的中间。相对于桥臂上的一对晶体管 S1、S4 和另一对开关管上 S2、S3 分别由驱动电路以脉宽调制方式 PWM 方式交替导通与断开。也就是说，当对角线晶体管 S1、S4 在开关脉冲驱动下同时导通饱和的正半周期时，另一对角线晶体管 S2、S3 均处于截止状态，反之，当对角线开关管S2、S3 在脉冲驱动下同时饱和导通另一对晶体管 S1、S4 则处于截止状态。两对晶体管以PWM 方式交替通断，将直流输入电压变换成高频方波交流电压，它们传递到高频变压器的副边，就得到交替通断的方波输出电压。可见全桥变换器的基本电路结构，是由两个推挽功率变换器组成的它们的工作原理基本相同。下图是全桥功率变换器的简化电路与正负半周期工作状态示意图41 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 5-Jul-2006 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:BT?ED4DIODED1D3D2DIODED?DIODED?DIODEL?INDUCTORL?INDUCTORL?INDUCTORD1NPND2NPNQ?NPNQ?NPNR?RES2S1 SW SPSTS3SW SPSTS?S4S2SW SPSTT1J?CONNECTOR COAX-MJ?CONNECTOR COAX-M J?CONNECTOR COAX-ME_+ S1 S2S4S3C?CAP RLV0+ES1S4CONNECTOR COAX-MJ?CONNECTOR COAX-M52.4 全桥软开关电源移项控制电路UC3875 电气特征如下可实现 0-100%的占空比控制；实用的开关频率可达 2MHZ；两个半桥输出的导通延迟都可单独编程；欠压锁定功能；软启动控制功能；锁定后的过流比较器在整个工作周期内均可重新启动；适用于电压拓扑和电流拓扑；4 个 2A 图腾柱式输出级；10MHZ 误差放大器；在欠压锁定期间输出自动变为低电平；启动电流只有 150uA；5 伏基准电压可调；UC3875 软开关电源移项 PWM 控制集成电路，对两个半桥开关电路的相位进行移动控制，实现半桥功率级的恒频 PWM 控制，借助开关器件的输出电容充放电，在输出电容放电结束的状态下完成零电压开通。相位控制的特点体现在 UC3875 的 4 个输出端分别驱动A/B、C/D 两个半桥，都能单独进行导通延时的调节控制，在该死区时间内确保下一个导通管的输出电容放电完毕，为即将导通的开关管提供零电压开通条件。在全桥拓扑下移项控制的优点得到了充分的体现，UC3875 在电压模式下电流模式下均可工作，并具有一个独立的过电流关断电路以实现故障的快速保护。由于振荡器的工作频率大于 2MHZ，所以整个电路的实际工作频率可达 2MHZ。该芯片除了可以在通常方式下工作，还可以通过 CLOCK/SYNC 引脚，接受外接同步时钟信号，此时，外部时钟频率需大于芯片频率；当不同频率的多个 UC3875 共同作用与电路时，通过连接 CLOCK/SYNC 引脚，使它们同步工作于最高频率。芯片的保护功能包括：欠电压锁定，即芯片的偏置电压达到闸值之前，其 4 个输出端均保持低的有源输出状态；内置的 1.5V 滞后使工作可靠；具有过电流保护，一旦出现事故该保护电路可在 70NS 之内关断所有输出端；故障处理可在全周期范围内在启动。该芯片的其它功能包括：带宽超过 7MHZ 的误差放大器；一个 5 伏的基准电压；软启动；一个斜坡电压发生器和斜率补偿电路。61000 瓦全桥软开关电源的 IC 控制系统与驱动电路2.5 高频变压器变比及容量7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。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：Ap=Ae*Aq=Pt*10 = =5.56KmcfBPt210*6 1*5.021*09.236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。PQ50/50 铁氧体磁芯的有效中心柱截面积为 Ae=3.1416cm 它的磁芯窗口面积为 Aq= 24.18 cm ,因此 PQ50/50 的功率容量乘积为： 2Ap=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Np= =fBmAeVin410ax*8 15.2746.3*1038取原边绕组匝数 28 匝。当最大磁通密度选用 1500GS 时，则 Np=18 匝