电力电子课程设计开关电源设计

1、课程设计西安石油大学课程设计电子工程 学院 自动化 专业1101班题 目开关电源设计学 生指导老师二。一四年五月电力电子课程设计任务书题目开关电源设计学生姓名学号专业班级自动化1101设 计 内 容 与 要一设计内容：(1)输入交流电压范围：175245v, 50hz;(2)输出直流电压范围：024v;(3)输出最大功率：500w(4) 小工作所：20khz ;(5)输出电压稳定度：< 0.3%;(6)电源效率：n>85%;二设计要求：(1)主电路的选型；(2)主电路兀器件参数的确定 ；(3)控制和保护电路结构框图的设计；(4)整理设计结果，提交设计报告.；求起止时间2014年4月

2、28日至 2014年5月3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13目录任务书1 .课题任务 41.1 参数指标 41.2 设计要求 42 .设计内容与方案 42.1 基本结构 42.2 输入整流电路设计 42.2.1 单相桥式输入整流电路设计2.2.2 变压器参数计算2.2.3 整流管参数计算2.3 dc/dc变换器设计52.3.1 dc/dc变换器总体概述 52.3.2 半桥式dc/dcm型电路62.4 输出滤波整流电路设计 62.4.1 输出整流电路图 62.4.2 整流输出二极管计算72.5 主电路原理图 73 .主电路元器件清单 84控制和保护电路结构框图 84

3、.1.1 pwm空制电路原理图 84.1.2 pwm控制变换原理 94.1.3 sg3525 的封装图 94.2保护电路 105设计总结 106参考文献 101 .课题任务1.1 参数指标：设计024v开关电源，原始数据及主要技术指标:(1)输入交流电压范围：175245v, 50hz;(2)输出直流电压范围：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)电源效率：h>85%1.2 设计要求：(1)主电路的选型；(2)主电路元器件参数的确定；(3)控制和保护电路结构框图的设计；(4)整理设计结果，提交设计报告 .2

4、.设计内容与方案 f1驱动器pwm控制整流滤波dc/dc变换器2.1 基本结构2.2 输入整流电路设计2.2.1 单相桥式输入整流电路设计整流是将交流电变成脉动直流电的过程。 电源变压器输出的交流电经整流电 路得到一个大小变化但方向不变的脉动直流电。 整流电路是由具有单向导电性的 元件例如二极管、晶间管等整流元件组成的。设计要求主电路为桥式二极管整流，单相桥式整流电路分为单相桥式半控整流电路和单相桥式全波整流电路两种， 半控整流电路为了防止失控现象， 必须加 续流二极管，而单相桥式全控整流电路此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，也不存在变压器直流磁化问题， 变压器的

5、利用率 高，基于以上优点，采用单相桥式全控电路，它是由四个二极管接成电桥的形式 构成的，四个二极管分为两组，正负半周轮流导通，但负载上电流方向不变，为 全波整流。单相半波整流电路如图（一）所示图（一）单相桥式整流滤波电路2.2.2变压器一次侧输入为交流220m 50hz,为u1,二次侧为u2,整流后的输出 电压平均值为uq根据单相桥式整流电路经验公式，uo = 1.2 u2。输出直流电压为24v,输出功率po=500wwj输出电流21a。电源效率为85%则输入功率pi=588w2.2.3 整流管参数计算二极管正向导通电压 ud =0.9 >220v=198v电流 id = pi +ud

6、=2.97a二极管电流有效值ivd = id - v2 = 2.1a二极管最大反向电压 urm =v12 xu2 = 311.2v在考虑安全裕量的情况下，二极管额定电压un =(23)murm = 622.3 933.4v二极管额定电流in = （1.52） 言=22.67a根据以上数据，选用1n5404型号的整流二极管，最高反向工作电压为 400v,额 定工作电流为3.0a。2.3 dc/dc变换器设计2.3.1 dc/dc变换器总体概述开关电源是用pwndc/dc变换器作为开关调节器的，因此 pwndc/d吸换器 是开关电源的主要组成部分，是开关电源的控制与功率转换核心。pwm）c/dc变

7、换器，它是由功率半导体器件（开关管和二极管）和储能元件 （电感或电容）组成的，通过对其中开关管的pwmb断控制，讲一种数值的直流 电压，转换成所需要的另一种数值的直流电压， 并控制输入直流电源与负载之间 的功率流动，把具有这种功能的转换器叫做 pwm dc/dc换器。pwm dc/dc换 器的组成有两种方式：一种是由两级转换电路组成的dc/ac/dc专换器，迁移级逆变，实现dc/ac转换，后一级为整流，实现ac/dc专换。另一种是由开关管和 二极管开关组合成pww关，将输入直流电压经过斩波、滤波后，转换成另一种 数值的直流电压输出。由于本次设计要求dc/dc变换器为半桥，所以属于隔离型电路。半

8、桥式pwm）c/d喙换器，是由半桥式逆变器、高频变压器、输出整流器和 直流滤波器组成，因此属于直流-交流-直流转换器。2.3.2 半桥式dc/dcft型电路上图为输出是全波整流电路的半桥式 pwmdc/dc专换器的主电路，此电路实 际上是两个正激式pwm dc/dc换器的组合，每个正激式转换器的输入电压为 1ui,输出电压为uo。变压器初级绕组的匝数为 w1,两个次级绕组的匝数相等，即w21 = w22 = w2,变压器初次级绕组的匝数比 k 二 ww22.4 输出滤波整流电路设计2.4.2整流输出二极管计算uo 24u2 =0 =26.67 a0.9 0.9二极管的最大反向电压：urm =

9、2 _ 2u2 =2 2 26.67v = 75.43v二极管平均电流：iadk0.5i0=10.5a二极管的电流有效值：i vd=i d/12 =14.8a二极管的额定电压：un =(23) urm = 150.86 226.29v二极管的额定电流：_ ivd-in=(1.52)d- =14.118.8a1.572.5 主电路原理图2w7&5 十 210vrm 、50 hi ;加；：c1：-wljf：c1 :t30 叩 fm755m 呱 1n4口m3.主电路元器件清单元器件名称:输入整流二极管型号:400v,电流3a元器件名称:滤波电容规格：容量元器件名称:n沟道 mosfet元器件

10、名称:器 规格：磁心元器件名称:输出整流二极管元器件名称:输出整流滤波电感元器件名称:输出整流滤波电容4控制和保护电路结构框图4.1.1pwm控制电路原理图d- 1n4o041n5404 规格：反向工作电压300 阵，fx373q规格：电流为规格：19.2耐压值25v原副线圈匝数比6a,正向压降为h规格：6.254136: 160.95v27 li7压反馈io 30 kntlf- 14f3oq丁 q.1 1 fo.o1 p-f 1 ir220 pf ii23 k ul本新田a2.6 .2 pwm控制变换原理pw肺制方式必须要求有产生恒定频率的震荡源作为比较的基准，这种震荡器称为“时钟震荡器”。

11、此外还必须要有脉冲宽度调制电路，也就是说，检测比 较放大电路将误差电压信号放大后， 必须将该电压信号变换成脉冲宽度信号， 完 成这种功能的电路称为“电压一脉宽转换”电路（用v/w电路表示）。然后由基极驱动电路激励高压开关晶体，调节导通脉冲宽度以实现稳压。比如，由于某种 原因（负载电流减小或电网电压上升）使高频变压器副边输出电压的平均值增大， 电源输出电压也将随之升高，反馈检测电路将这一电压变化量由电压-脉冲转换电路转换成脉冲宽度的变化，使脉冲宽度变窄，亦即使脉冲的占空比减小，高频 变压器输出电压的平均值下降，从而使输出电压达到稳定；反之，若电源输出电 压由于某种原因下降时，控制回路的输出脉宽将

12、增大，高频变压器输出电压的平 均值提高，使电源输出电压又回升到原来的数值。 这便是pwme制变换器型开关 电源的基本稳压原理。本次pwmi制器设计采用的ic是sg3525e片。2.7 .3 sg3525的封装图:3基准电压 n 4-15v =附出 =i +vg zignd 口神出 n关断控制:补偿sg3525反相输入端u 同相输入蜷匚 同步输出 u 娠藕器输出i= 时基电客ct c 时基电阻rt c 放电电阻rd c 软启动端 c引脚功能介绍各引脚功能如下：1脚、2脚分别为误差放大器的反相输入端和同相输入端3脚为同步输出端；4脚为振荡器输出；5脚、6脚分别外接内部振荡器的时基电容和电阻；7脚接

13、放电电阻；8脚为软启动；9脚为误差放大器的频率补偿端；10脚为关断控制端，用于实现限流控制11脚、14脚为输出端；12脚为接地端；13脚接输出管集电极电源；15脚接sg3525勺工作电源,16脚为5.1v基准电压；4.2保护电路如上图，当uo1输出升高，稳压管（z3）击穿导通，可控硅（scr1）的控制端 得到触发电压，因此可控硅导通。uo2电压对地短路，过流保护电路或短路保护 电路就会工作，停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除，可控硅的控制 端触发电压通过r对地泄放，可控硅恢复断开状态。5设计总结经过这几天的课程设计，我收获颇丰。这次做的课题是开关稳压电源， 涉及到很多模拟电路方面的知识。经过这次设计，让我对模拟电路的知识又 重新系统的温习了一遍，让我对模拟技术知识有了更深的理解。由于这次设计时间有点紧，在网上