电力课程设计张英杰200805080819.doc

西安石油大学课 程 设 计电子工程 学院 自动化 专业自动化0804班题 目 开关稳压电源主电路设计 学 生 张英杰 指导老师 张瑞萍 二一一年六月课程设计任务书题 目开关稳态电源主电路设计学生姓名张英杰学号200805080819专业班级自动化0804设计内容与要求一. 设计题目及设计要求1.原始数据及资料（1）输入交流电压：单相175245V，50Hz；（2）输出直流电压：024V；（3）输出最大功率：500W；（4）开关工作频率：20kHz；（5）输出电压稳定度：0.3%；（6） DC-DC变换电路效率：h=90% 2.设计要求（1）画出开关稳压电源主电路原理图；（2）完成AC-DC侧电参数计算；（3）完成DC-DC侧电参数计算。起止时间2011 年 6月 1 日 至 20 11 年 6 月 5日指导教师签名年 月 日系（教研室）主任签名年 月 日学生签名年 月 日 目录 一前言二. 原理概述三设计思路1.选择方案 2.各模块方案的比较和选择三系统设计与分析 1.总体结构图 2.主电路的设计 3.参数计算一 前言开关电源是一种高效率、高可靠性、小型化、轻型化的稳压电源，是电子设备的主流电源。开关电源的基本作用就是将交流电网的电能转换为适合各个配件使用的低压直流电做供给使用。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。输入电压为AC220v，50Hz的交流电，经过变压器，再由整流桥整流后滤波变为直流电，然后通过功率开关管的导通与截止将直流电压变成连续的脉冲，再经输出滤波后变为直流电。开关管的导通与截止由PWM（脉冲宽度调制）控制电路发出的驱动信号控制。PWM驱动电路在提供开关管驱动信号的同时，还要实现输出电压稳定的调节、对电源负载提供保护。为此设有检测放大电路、过电流保护及过电压保护等环节。通过自动调节开关管导通时间的比例（占空比）来实现。二.原理概述1 .输入整流电路本电路的任务是为半桥式功率变换器提供一个平滑的直流电压，单相交流电压通过整流桥后得到直流电，C1,C2,C3电容组成低通滤波器滤波，去除高频的干扰。 2.半桥式功率变换器 从电路图中可以看出，半桥式功率变换器的特点是：它由两只数值相等，容量较大的高压电容器组成一个分压电路与开关管V1,V2组成桥，桥的对角线接变压器T1的一次绕组，故称半桥式功率变换器。当桥臂上下两管V1h和V2都截止关断时，由于电容器C1,C2的分压作用（C1=C2），使两个电容器中点的电压值等于电网输入直流电压的一半。根据电路图，如果当上管V1的栅极驱动脉冲变为高电平时，则V1导通胞和.此时加在V2漏极的高压电源经变压器T1的一次绕组，在经C2回地，形成C2的充电回路。当V1变为截止，V2尚未导通时，两关中点电压又恢复到接近1/2的电源电压值。当桥臂下管V2的栅极驱动脉冲变为高电平时，V2饱和导通电源电流又经过C1回地,形成C1的充电回路。此时V1截止，C2经过T1与饱和导通的V2组成放电回路。如果电路参数对称，中点电位在开关过程中将以电源电压一半值为中心，作指数规律的上升和下降变化。半桥式功率变换器的工作原理是两路驱动脉冲电压波形，他们相位相差180在驱动典雅的轮流开关作用下，半桥变换器的两只功率管交替导通和截止，在变压器的一次侧产生高压开关脉冲，从而在二次侧感应出交变的方波脉冲，实现功率转换。3.高频变压器高频变压器起到隔离和升压的作用。4.整流电路二极管VD5和VD6组成整流电路，电感L与电容C3起平稳电流与电压的作用开关电源的结构半桥式开关电源的主电路结构由以下几部分构成滤波器高频整流变压器半桥逆变整流电路 工频交流 直流三.设计思路 采用半桥功率变换电路，由于开关频率为20KHz，故开关器件采用功率MOSFET，AC至DC侧整流桥使用普通二极管，开关电路的反馈二极管和变压器二次侧整流二极管均使用快速二极管，电容均使用电解电容。设计电路图如下1.ACDC端参数计算整流二极管承受最大反向压降故整流二极管额定电压由于滤波电容的存在，整流后变压器一次侧输入电压值这里我们取1.2，则一次侧最小输入直流电压最大输入直流电压电源最大输出功率为500w，电源DC至DC侧转换效率为90%，则一次侧最大输入功率为当一次侧输入电压最小时，一次侧电流最大，故：则整流二极管流过的最大电流为整流二极管的额定电流根据已知电压电流求出电路虚拟负载假设滤波电容为 由 可得 故滤波电容C1取400V 1000uf的电解电容分压电容根据经验公式取400V 1000uf的电解电容2.DC至DC侧参数计算功率MOSFET管的承受的最大反向压降为功率管的额定电压功率管的额定电流反馈二极管的额定电压和额定电流均与功率管同值选取电源输出的最大功率为500W，电源输出的最大直流电压则直流侧输出的最大电流值为变压器二次侧，流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压有上式可得二极管的额定电压和电流为电压稳定度为0.3%，可求出输出电压的波动值电压的波动值取0.2输出电路滤波电容的值为这里我们选取的滤波电容为50V 1000uf输出滤波电感的计算因为半桥功率转换电路最大占空比不能超过0.5，所以这里我们去开关电路的最大占空比为所以根据公式可求得变压器磁芯的最小截面积 故磁芯选取型号E75，其=3.38，=2.16，考虑其饱和磁通密度，磁通量我们选取300mT变压器一次侧绕组的电感设满载时的峰值电流为，在进行短路