电力电子课程设计开关电源设计说明

1、石油大学课程设计电子工程学院自动化专业1101班题目学生指导老师二O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学号专业班级自动化1101设计容与 要 求一设计容：(1) 输入交流电压围：175245V 50Hz(2) 输出直流电压围：024V;(3) 输出最大功率：500Vy(4) 开关工作频率：20KHz ;(5) 输出电压稳定度： 0.3%;(6) 电源效率：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.；起止时间2014年4月28日 至2014年5 月3 日指导教师签名年月日系

2、(教研室)主任签名年月日学生签名年月日目录任务书1. 课题任务 41.1 参数指标 41.2设计要求 42. 设计容与方案 42.1基本结构 42.2输入整流电路设计 4单相桥式输入整流电路设计 4变压器参数计算 5整流管参数计算 52.3 DC/DC变换器设计52.3.1 DC/DC变换器总体概述 5半桥式DC/DCft型电路62.4输出滤波整流电路设计 6输出整流电路图 6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 8控制电路原理图 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 1

3、06参考文献 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) 输入交流电压围：175245V 50Hz(2) 输出直流电压围：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. 设计容与方案直流2.1基本结构驱动器PWM控制7反馈f保护电路J1J2.2输入整流电路设计单相桥式输入整流电路设计整流是将交流电变成脉

4、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，为变压器参

5、数计算变压器一次侧输入为交流220V 50Hz,为U1,二次侧为U2,整流后的输出 电压平均值为UO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=500WM输出电流21A。电源效率为85%则输入功率Pi=588W整流管参数计算二极管正向导通电压 Ud =0.9 X 220V=198V 电流 Id = Pi - Ud =2.97A二极管电流有效值Ivd = Id - .2 = 2.1A二极管最大反向电压 Urm =2 X U2 = 311.2V在考虑安全裕量的情况下，二极管额定电压UN (23) Urm 622.3 933.4V二极管额定电流In （1

6、.52）祐 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/DC变换器 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。PWMDC/DC变换器，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/D

7、转换器。PWM DC/D转换 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转换器，迁移级逆变，实现DC/AC转换，后一级为整流，实现AC/DC转换。另一种是由开关管和 二极管开关组合成PWMF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。半桥式PWMDC/DC变换器，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。半桥式DC/DC典型电路L«YJWiW2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

8、激式PWM DC/D转换器的组合，每个正激式转换器的输入电压为 1u i，输出电压为u 0。变压器初级绕组的匝数为Wi，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2.4输出滤波整流电路设计输出整流电路图242整流输出二极管计算U2Uo0.9240.926.67 A二极管的最大反向电压URM 2'、2U22.2 26.67V75.43V二极管平均电流：I ad=0.5 10=10.5A二极管的电流有效值：I vd=I d/2 =14.8A二极管的额定电压：Un (2 3) U rm 150.86 226.29V二极管的额定电流：In (1.5 2)

9、山 14.118.8A1.572.5主电路原理图3. 主电路元器件清单元器件名称：输入整流二极管型号：1N5404 规格：反向工作电压400V,电流 3A元器件名称：滤波电容规格：容量300 F ,耐压值25V元器件名称：N沟道 MOSFET元器件名称：高频变压器规格：磁心FX3730原副线圈匝数比136： 16元器件名称：输出整流二极管规格：电流为6A,正向压降为0.95V元器件名称：输出整流滤波电感规格：19.2 H元器件名称：输出整流滤波电容规格：6.25 F4控制和保护电路结构框图控制电路原理图220 pFII""电压0.01 r-F1 I_5SG3525A1514

10、13121012.L_rL104.1.2 PWM控制变换原理PW控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”。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

11、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PW控制变换器型开关 电源的基本稳压原理。本次PWMI制器设计采用的IC是SG3525芯片。4.1.3 SG3525的封装图反相输入端C1同相输入端u215同歩输出匸314振荡辭输出1=413时基电容Ct匚512时基电c8n放电电阻Rd710软启动端u69引脚功能介绍=1基准电压 n +1SV:歸出 =i +Vg pGNDn关断控制 二朴偿各引脚功能如下：1脚、2脚分

12、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脚分别外接部振荡器的时基电容和电阻；7脚接放电电阻；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，在网上查了很