寬輸入變頻開關電源設計

科信學院課程設計說明書2017/2018學年第一學期）課程名稱 ：《電力電子技術應用設計》課程設計題目：寬電壓輸入變頻開關電源的設計專業(yè)班級：電氣工程及其自動化1425學生：學號：指導教師：增環(huán)、杜永、路巍等設計周數(shù)：兩周設計成績 ：2018年1月5日引言開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比來調整輸出電壓。開關電源具有以下特征：①電源電壓和負載在規(guī)定的圍變化時，輸出電壓應保持在允許的圍或按要求變化；②輸出與輸入之間有良好的電氣隔離；③可以輸出單路或多路電壓，各路之間有電氣隔離。常用的開關電源多采用固定開關頻率，當輸入電壓過高時，占空比過小 ,開通時間太短 ,可能引起開通脈沖丟失，造成電源工作不穩(wěn)定。常用的開關電源輸入是市電經(jīng)整流后的穩(wěn)定電壓，但一些供電不穩(wěn)定的場合或因某些設備導致市電局部不穩(wěn)定，輸入電壓會存在大圍的波動 , 為了適應這種情況,本課程設計了一款 50v-260v的交流輸入,多路輸出的具有自主改變開關頻率的輔助電源。根據(jù)輸入電壓大小改變開關頻率 ,保證電源在寬輸入電壓圍 ,可靠的為系統(tǒng)供電。在本課題設計開發(fā)過程中 ,我們使用 Matlab數(shù)學仿真及 AltiumDesigner 軟件,并最終實現(xiàn)電路改造設計,并達到預期的效果。關鍵字;寬輸入 變頻 開關電源目錄一、開關電源現(xiàn)狀和發(fā)展 41.1開關電源現(xiàn)狀 41.2開關電源類型 4二、設計方案 42.1設計要求 42.2設計思路 5三、方案設計 53.1 控制電路設計 53.2誤差放大器設計 93.3過/欠電壓保護 93.4過流/過載保護 103.5反激變壓器設計 103.6反饋回路設計 113.7設計小結 12四課程設計總結 12參考文獻 13一、開關電源現(xiàn)狀和發(fā)展1.1開關電源現(xiàn)狀目前，開關電源正在向“四化”的方向發(fā)展：應用技術的高頻化、硬件結構的模塊化、軟件控制的數(shù)字化和產(chǎn)品性能的綠色化。開關電源最突出的優(yōu)點是體積小，重量輕。這一優(yōu)點是和系統(tǒng)的高頻工作狀態(tài)相關的。進一步提高工作頻率，電源的體積和重量將更加小，從而實現(xiàn)更高的功率密度。使開關電源進入更廣泛的領域。開關電源的控制已經(jīng)由模擬控制，模數(shù)混合控制，進入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制作為開關電源的發(fā)展趨勢，已經(jīng)在許多功率變換設備中得到應用。近兩年來，高性能全數(shù)字控制芯片相繼開發(fā)，費用也降到比較合理的水平，歐美已有很多公司開發(fā)并且制造出開關變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。1.2開關電源類型開關電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式，頻率固定、脈沖寬度可變模式，頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于 DC/AC逆變電源，或 DC/DC電壓變換；后兩種工作模式多用于開關穩(wěn)壓電源。另外，開關電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣，前一種工作方式多用于 DC/AC 逆變電源，或DC/DC電壓變換；后兩種工作方式多用于開關穩(wěn)壓電源。根據(jù)開關器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開關電源，大體上可分為：串聯(lián)式開關電源、并聯(lián)式開關電源、變壓器式開關電源等三大類。其中，變壓器式開關電源（后面簡稱變壓器開關電源）還可以進一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種；根據(jù)變壓器的激勵和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種；如果從用途上來分，還可以分成更多種類。二、設計方案2.1設計要求設計一個寬電壓輸入變頻開關電源（ 1）認真查閱選用器件的技術資料，參考教材中相關容，選擇合適的構成方案，繪制總體結構框圖。（ 2）設計并繪制完整的電路原理圖（ 3）按照計算電路參數(shù)和仿真波形的需要繪制仿真電路圖或建立仿真模型并進行電路的計算機仿真（ 4）通過計算和仿真，選擇電路圖中所有元件，列出器件清單，包括器件名稱，型號和規(guī)格，封裝形式，數(shù)量等；對變壓器要說明原副邊繞組的構成以及每個繞組的電壓和電流。（ 5）在選擇電路參數(shù)下通過仿真獲取至少 9個主要點的波形，建議如下：核心控制芯片振蕩器的波形和控制輸出的波形，主開關管承受電壓和流過電流的波形，變壓器原邊繞組電壓和電流的波形，變壓器各副邊繞組中電流的波形。（6）通過仿真驗證控制電路器件參數(shù)的合理性，說明在選定的參數(shù)下輸入電壓低至多少時電源仍能正常工作。（ 7）總結設計工作，撰寫設計說明書。2.2設計思路開關電源大致由主電路操控電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成主電路沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電， 這是高頻開關電源的核心部分。 傳出整流與濾波：根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源?？刂齐娐芬环矫鎻膫鞒龆巳?，與設定值進行比較，然后去操控逆變器，改變其脈寬或脈頻，使傳出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供操控電路對電源進行各種保護措施。檢測電路提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。輔助電源實現(xiàn)電源的軟件（遠程）啟動，為保護電路和操控電路（ PWM等芯片）工作供電。三、方案設計3.1 控制電路設計UC3845 是高性能固定頻率電流模式控制器，為離線和直流至直流變換器應用而設計，為設計人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。該集成電路的特點是：具有振蕩器、溫度補償?shù)膮⒖肌⒏咴鲆嬲`差放大器，電流取樣比較器和大電流圖騰柱輸出，是驅動功率MOSFET 的理想器件。其它的保護特性包括帶滯后的輸入和帶滯后的參考欠壓鎖定逐周電流限制單個脈沖測量鎖存，以及每隔一個振蕩周期將輸出消隱的觸發(fā)器。允許將輸出靜區(qū)定為 50%至70%。這些器件可提供

8管腳雙列直插塑料封裝和

14管腳塑料表面貼裝

SO-14

封裝

SO-14

封裝的圖騰柱式輸出級有分離的電源和接地管腳。

UC3845

是電流控制集成芯片

,其工作原理見圖

1，是在電壓控制型電路的基礎上增加了一個電流反饋環(huán)節(jié)

,當采樣電壓

Vs

與Ve相同時,PWM

比較器的狀態(tài)翻轉,鎖存器置零,VT截止。因而誤差信號 Ve實際上控制的是電感峰值電流。其它的保護