桥稳压电源课程设计

1、电力电子课程设计说明书题目：全桥型幵关稳压电源设计院、部：电气与电子工程信息学院学生姓名：指导教师：肖文英职称副教授专业：电气工程与其自动化班级：完成时间：该课程设计是利用技术的全桥型开关稳压电源。给出了全桥整流电 路、逆变电路驱动电路、控制电路的具体设计方法。该全桥开关稳压电源 输出电压恒为 48V ，并有实验仿真波形。本全桥型开关稳压电源最大功率 达 1000W ，输出电流约为 20A ，设计采用了变换方案。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

2、路、逆变电路组成。全桥 电路的开关元件使用的是。全桥移相电路采用 3875 控制芯片，并作数据 处理，仿真作出了不同角度的仿真波形图。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与晶闸管的型号和变压器的变 比与容量，完成本设计的任务。关键词 ：开关电源；全桥；控制电路；整流；逆变；高频变压器48V1000W,20a, / / /2 / 20A,*'JJJJJa , . . 3875 a.,.d««1目录第一章绪论1.1 幵关电源概况1.2 幵关设计内容第二章幵关稳压电源设计2.1 幵关稳压电源总体设计方案2.2 总体方案论证221整流电路设计2

3、.2.2 逆变电路设计2.2.3 驱动电路设计2.2.4 全桥移相幵关控制电路2.3 高频变压器变比与容量2.4 系统仿真与波形2.4.1 仿真软件介绍2.4.2 仿真电路图2.4.3 仿真分析第三章课程设计总结参考文献致谢附录第一章 绪论1.1幵关电源概况随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的 关系日益密切，而电子设备都离不幵可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了幵关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代幵关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测 设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了幵关电源，更促进了幵关电 源技术的迅速发展。幵

4、关电源咼频化是其发展的方向，咼频化使幵关电源小型化，并使幵 关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高 新技术产品的小型化、轻便化。另外幵关电源的发展与应用在安防监控， 节约能源、节约资源与保护环境方面都具有重要的意义。幵关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、照 明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷 制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，灯具，通讯设备，视听产品， 安防监控，灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。现代幵关电源有两种：一种是直流幵关电源；另一种是交流幵关电源。 直流幵关电源的核心是转换器。直流转换器按输入与输

5、出之间是否有电气 隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式转换器；另一类是没有隔 离的称为非隔离式转换器。幵关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长， 但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于幵关 电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得幵关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为幵关电源提供了广泛的发 展空间。根据幵关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛使用的幵关电源， 大体上可分为：串联式幵关电源、并联式幵关电源、变压器式幵关电源等 三大类。其中，变压器式幵关电源还可以进一步分成：推挽式、半桥式、 全桥式等多种；根据变压器的激

6、励和输出电压的相位，又可以分成：正激 式、反激式、单激式和双激式等多种；如果从用途上来分，还可以分成更多种类。1.2本文设计内容幵关电源是利用现代电力电子技术，控制幵关管幵通和关断的时间比 率，维持稳定输出电压的一种电源，幵关电源一般由脉冲宽度调制（）控 制和构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得幵关电源技术也在不断 地创新。目前，幵关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所 有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。幵关型稳压电源是由全波整流器，幵关管，激励信号，续流二极管， 储能电感和滤波电容组成。实际上，幵关稳压电源的核心部分是一个直流 变压器。“幵关型稳压

7、电源”与“串联调整型稳压电源”相比，以其高效 节能；适应市电变化能力强；输出电压可调范围宽；一只幵关管可方便地 获得多组电压等级不同的电源；体积小，重量轻等诸多优点，而被广泛地 得到采用。本实验由主电路、整流电路、逆变电路、控制电路、驱动电路组成。 再设计中运用了电压驱动全控器件来设计主电路，它具有驱动电路简单、 驱动功率小、幵关速度快、幵关频率高等优点。并配以整流电路和逆变电 路。改变幵关的占空比，就可以输出电压的平均值，我们知道当S1导通时，输出整流二极管 D1导通；反之，S2导通时，二极管 D2导通。当、 S2都关断且电感电流连续时，D1、D2同时导通续流，幵关元件断态时承 受的峰值电压

8、是全桥电路不容易发生变压器的偏磁和直流饱和现象。第二章 幵关稳压电源电路设计2.1幵关稳压电源总体设计方案2.11全桥稳压电路总体结构图与其说明整流电路高频逆变*变压器高频整流滤波器图2.1全桥型幵关稳压电源的基本结构电流经过整流后变为直流，再经过高频逆变变为交流，再经过高频整 流到直流，最后经过滤波得到所需的直流。总体方案论证由于幵关稳压电源的调整工作于幵关状态，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幵关电源的效率很高，通常在8左右,而线性电源一般效率低于50%。由于幵关电源的幵关元件的工作频率很高，通常在几十至几百范围，因此电路中所使用的都是高频变压器其体积 重量都很小，

9、而且大多数幵关电源都省去工频变压器由电网工频直接整流 滤波，所以幵关电源比同功率的线性电源其体积重量都小得多。由丁幵关 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 140260V 幵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%时幵关电源仍可工作。2.2幵关稳压电源具体电路设计整流电路设计图2.2输入整流滤波电路图整流滤波电路，主要有两部分组成：整流桥和滤波电路。逆变电路设计如图2-2，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，桥臂2

10、和3作为另一对，组成的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180度，其特点为：直流侧为电压源或并联有大电容，交流侧输出波形为方波，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。驱动电路设计图2.4驱动电路图电流经过整流后变为直流，再经过高频逆变变为交流，再经过高频整 流变为直流，最后经过滤波得到想要的直流，再传给负载。全桥移相幵关控制电路fQ- -fQ1D图2.5全桥移相幵关控制电路图在变换器中，则多采用以全桥移相控制软幵关变换器，它是直流电源 实现高频化的理想拓扑之一，尤其是在中、大功率变换器应用场合。用软 幵关技术实现的变换器其效率可达 90%以上。3875控制芯片：3875是用于移相全桥型软幵关电源控制的集

11、成控制 器，可对全桥型幵关的相位进行相位移动，实现定频脉宽调制控制。3875其外形有20引脚封装和28引脚封装,3875外接控制电路:區I7：nVREFCOMftANP-INSLOPECXiOC KC/S+FSETD C4>CKJTAQUIDOUTBUU1UkUHPVCVIHtnrrp $OUT LrmiT a图2.7 3875外部控制电路图3875软幵关电源移项控制集成电路，对两个半桥幵关电路的相位进 行移动控制，实现半桥功率级的恒频控制，借助幵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幵通。相位控制的特点体现 在3875的4个输出端分别驱动、两个半桥，都能单独进行

12、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 导通的幵关管提供零电压幵通条件。在全桥拓扑下移项控制的优点得到了 充分的体现，3875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。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 70之内关断所有输出端； 故障处理可在全周期范围内再启动。该芯片的其它功能包括：带宽超过7的误差放人器；一个 5V的基准电压；软启动；一个斜坡电压发生器和斜率补偿电路。u

13、niFUTEJGNDHAMP SLOPE CIKSYNC2乱:DELSETA-BRGND VINDF【AYSI lJk图2.8 3875控制集成电路图14移相控制电路如下XTGND10EA+UCUTS5ISfUMP1110VC OUTAQUTBCXJTCQUIDPWRGNDCLOCKSYNCFREQSFTSOFTSTARTGh£OfLAVSETA-BDEL 肿 SET C-D620141312ir1&GND图2.9移相控制电路图2.3高频变压器变比与容量当1000W全桥软幵关电源采用50/50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 3875的最佳工

14、作频率，又因 为采用了高频幵关特性良好的功率管，所以选取幵关频率为100 o首先根据功率容量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1000 ,由计算式得到ApAe* AqPt*106Pt *102 fBm KmKc1000*1062* 0.9* 100*1000*1000* 2* 0.5* 15.56(2-1)当最大磁通密度选用1500时，功率容量降低到3.7 o若幵关频率降低 到50,则功率容量乘机增大一倍约11.12，余量就小了。50/50铁氧体磁芯的有效中心柱截而积为3.1416 2它的磁芯窗口而积(2为4.18 2，因此50/50的功率容量乘积为A

15、pAe* A,3.1416* 4.18 13.2-2 )可见，在幵关频率为100时，采用50/50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NpVin max*1084fBmAe314*1084*100* 103 *1000*3.141627.15(2-取原边绕组匝数28匝。当最大磁通密度选用1500时，贝V 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NpVi nmaxn*1062BmAe314*5*106*102* 0.1*314.1627.136(2-4 )取原边绕组匝数28匝，结果与上式相同计算副边绕组匝数，计算式

16、(2-5 )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 5V*15*106.5 二是整流器二极管的正向压降， 1.2V 直流压降。 三是滤波电感的直流压降假设为 0.2V 。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，减小功率的温升提高电源整机的可靠性2.4 系统仿真与波形仿真软件介绍 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式 十分相似，故用来解算问题要比用 C,等语言完成相同的事情简捷得多， 并且也吸收了像等软件的优点，使成为一个强大的数学软件。在新的版本 中也加入了对C,的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实 用程序导

17、入到函数库中方便自己以后调用，此外许多的爱好者都编写了一 些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。由一系列工具组成。这些工具方便用户使用的函数和文件,其中许多 工具采用的是图形用户界面。包括桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑 器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。 随着的商业化以与软件本身的不断升级,的用户界面也越来越精致,更加 接近的标准界面,人机交互性更强,操作更简单。而且新版本的提供了完 整的联机查询、帮助系统,极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提 供了比较完备的调试系统,程序不必经过编译就可以直接运行,而且能够 与时地报告出现的错误与进行出错原因分析。

18、是一个包含大量计算算法的集合。 其拥有 600 多个工程中要用到的数 学运算函数,可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的 算法都是科研和工程计算中的最新研究成果,而前经过了各种优化和容错 处理。在通常情况下,可以用它来代替底层编程语言,如 C 和 。在计算 要求相同的情况下,使用的编程工作量会大大减少。的这些函数集包括从 最简单最基本的函数到诸如矩阵, 特征向量、 快速傅立叶变换的复杂函数。 函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程 与偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工 程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其

19、他初等 数学运算、多维数组操作以与建模动态仿真等。242仿真电路图如下图2.10单相桥式全控整流电路仿真（电阻性负载243仿真分析（1）下图是用示波器观察仿真结果晶闸管的电流波形和电压波形, 电源电压波形，a =0 °时负载电阻两端的电压波形和电流波形。XI.*1曲IUlj图2.11a=0 °波形图（2 ）下图是用示波器观察仿真结果晶闸管的电流波形和电压波形，电源电压波形，a =30。时负载电阻两端的电压波形和电流波形图2.12a=30。时波形图(3)下图是用示波器观察仿真结果晶闸管的电流波形和电压波形,电源电压波形，a =60。时负载电阻两端的电压波形和电流波形图2.13

20、 a=60。时波形图(4) 下图是用示波器观察仿真结果晶闸管的电流波形和电压波形, 电源电压波形，a =90 °时负载电阻两端的电压波形和电流波形。图2.14a=90。时波形图单相桥式全控整流电路 (电阻性负载)是典型的单相桥式全控整流电 路，共用4个晶闸管，2只晶闸管接成共阳极，2只晶闸管接成共阴极, 每只晶闸管是一个桥臂，桥式整流电路的工作方式特点是整流元件必须成 对构成回路，负载为电阻性。第三章课程设计总结课设结束后从中我收获了很多，基本达到了此课程设计的目的。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，把老师以前在课堂讲的东西有了一个更

21、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。还有就是我对电脑软件的应用 也更为熟练。通过此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，我对单相桥式整流电路、逆变电路，变压器，滤波器、滤 波电路，直流变换，整流电路、滤波电路移相全桥型零电压幵关电路，软 开关技术都有了更深的了解。 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

22、刚开始觉得困难，但是只要自 己充满信心，坚持下来，就肯定能完成的。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驱动电路的设计。当然，在这 个过程中我也遇到了困难，查阅资料，和同学相互通过讨论。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。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

23、学的知识重新温故，巩固了所学知识，让 我受益匪浅。最后感谢在此次课设中给予我大力支持和帮助的老师和同 学。参考文献1 王兆安主编 .电力电子技术 .第四版 .北京：机械工业出版社 ,2003, . . . : , 20032 郝万新主编 .电力电子技术 .化学工业出版社 , 2002, . . , 20023 孟志强主编 .电力电子技术 .晶闸管中频感应逆变电源的附加振荡启动 方法, 2003.6, . . 2003.64 马传天 晶体管开关稳压电源 北京： 人民邮电出版社 1995.1: 's 1995.15 张古松 高频开关稳压电源 广州：广东科技出版社 1993: 19936 李金刚主编 .电力电子技术 .基于感应加热电源频率跟踪控制的实现2003.4. ., 20