全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計

電力電子技術(shù)課程設(shè)計（論文）題目：全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計

課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：信息科學(xué)與工程學(xué)院教研室：電氣學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計（論文）題目全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)將單相220V交流電轉(zhuǎn)換為48V穩(wěn)定的直流電，為通訊設(shè)備供電。設(shè)計的主要任務(wù)包括：主電源設(shè)計。通過計算選擇整流器件的具體型號。確定高頻變壓器變比及容量。輔助電源設(shè)計。保護(hù)電路設(shè)計。指導(dǎo)教師評語及成績成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日目錄第1章課程設(shè)計目的與要求 11.1課程設(shè)計目的 11.2課程設(shè)計的預(yù)備知識 11.3課程設(shè)計要求 1第2章課程設(shè)計內(nèi)容 22.1總體方案論證 22.2開關(guān)穩(wěn)壓電源基本框圖及說明 22.3主電路設(shè)計 32.4全橋軟開關(guān)電源移項控制 52.5高頻變壓器變比及容量 7第3章課程設(shè)計的考核 103.1課程設(shè)計的考核要求 103.2課程性質(zhì)與學(xué)分 10參考文獻(xiàn) 10第一章課程設(shè)計目的與要求1.1課程設(shè)計目的“電力電子技術(shù)”課程設(shè)計是在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對課程所學(xué)理論知識的深化和提高。因此，要求學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計出具電壓穩(wěn)定的直流電源系統(tǒng)，能夠較全面地鞏固和應(yīng)用本課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌整流電路設(shè)計的基本方法。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計的能力；培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報告的能力。1.2課程設(shè)計的預(yù)備知識熟悉電力電子技術(shù)課程、電機(jī)學(xué)課程的相關(guān)知識。1.3課程設(shè)計要求按課程設(shè)計指導(dǎo)書提供的課題，根據(jù)第下表給出的基本要求及參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計，課程設(shè)計說明書應(yīng)包括以下內(nèi)容：主電路設(shè)計。通過計算選擇整流器件的具體型號。確定高頻變壓器變比及容量。輔助電源設(shè)計?？刂齐娐吩O(shè)計。6、課程設(shè)計總結(jié)。7、完成4000字左右說明書，有系統(tǒng)電氣原理圖，內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊規(guī)范、數(shù)據(jù)詳實(shí)。設(shè)計技術(shù)參數(shù)工作量工作計劃輸入220v單相交流電。穩(wěn)壓輸出電48V連續(xù)可調(diào)。輸出電流最大值20A。4、輸出功率越1000W。1、主電路設(shè)計。2、通過計算選擇整流器件的具體型號。3、確定高頻變壓器變比及容量。4、輔助電源設(shè)計5、控制電路設(shè)計。6、繪制電路原理圖。第一周：周一：收集資料。周二：方案論證周三：主電路設(shè)計。周四：選擇器件的具體型號。周五：確定變壓器變比及容量。第二周：周一～二：控制電路設(shè)計周三：輔助電源設(shè)計周四～五：總結(jié)并撰寫說明書。第二章課程設(shè)計內(nèi)容2.1總體方案論證由于開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整工作于開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時管壓降很小-截止電流幾乎為零，因此工作時管耗很小使開關(guān)電源的效率很高，通常在80%左右，而線性電源一般效率低于50%。由于開關(guān)電源的開關(guān)元件的工作頻率很高，通常在幾十KHZ至幾百KHZ范圍，因此電路中所使用的都是高頻變壓器其體積重量都很小，而且大多數(shù)開關(guān)電源都省去工頻變壓器由電網(wǎng)工頻直接整流濾波，所以開關(guān)電源比同功率的線性電源其體積重量都小得多。由于開關(guān)電源的輸出電壓是由脈沖波形的占空比調(diào)節(jié)的，受輸入電壓幅度的影響較小，所以它的穩(wěn)定范圍很寬，對電網(wǎng)電壓要求較低一般電網(wǎng)電壓從140V--260V開關(guān)電源均可工作而線性電源一般允許電網(wǎng)電壓波動正負(fù)10%，另電網(wǎng)電壓頻率變化4%時開關(guān)電源仍可工作。2.2開關(guān)穩(wěn)壓電源基本框圖及說明濾波 晶體管濾波 晶體管功率開關(guān)整流濾波脈沖寬度調(diào)節(jié)開關(guān)比較放大器基準(zhǔn)電壓整流采樣電路負(fù)載電路首先經(jīng)過濾波電路變成含有一定脈動成分的直流電壓，然后進(jìn)入高頻電路。高頻變換部分的核心是一個高頻功率元件，它將脈動直流電壓斬波成高頻方波，然后再將這個方波經(jīng)過整流濾波得到所需的直流電壓。通常這里采用一個脈沖寬度調(diào)制電路，通過由給定的基準(zhǔn)電壓與輸出直流電壓采樣信號比較進(jìn)而控制脈寬調(diào)制來控制高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比。2.3主電源設(shè)計全橋功率變換器的簡化電路，它是大功率DC/DC變換器的理想拓?fù)渲粓D中高壓開關(guān)管S1、S2、S3、S4組成了全橋的四臂，高頻變壓器T1接在它的中間。相對于橋臂上的一對晶體管S1、S4和另一對開關(guān)管上S2、S3分別由驅(qū)動電路以脈寬調(diào)制方式PWM方式交替導(dǎo)通與斷開。也就是說，當(dāng)對角線晶體管S1、S4在開關(guān)脈沖驅(qū)動下同時導(dǎo)通飽和的正半周期時，另一對角線晶體管S2、S3均處于截止?fàn)顟B(tài)，反之，當(dāng)對角線開關(guān)管S2、S3在脈沖驅(qū)動下同時飽和導(dǎo)通另一對晶體管S1、S4則處于截止?fàn)顟B(tài)。兩對晶體管以PWM方式交替通斷，將直流輸入電壓變換成高頻方波交流電壓，它們傳遞到高頻變壓器的副邊，就得到交替通斷的方波輸出電壓。可見全橋變換器的基本電路結(jié)構(gòu)，是由兩個推挽功率變換器組成的它們的工作原理基本相同。下圖是全橋功率變換器的簡化電路與正負(fù)半周期工作狀態(tài)示意圖2.4全橋軟開關(guān)電源移項控制電路UC3875電氣特征如下可實(shí)現(xiàn)0-100%的占空比控制；實(shí)用的開關(guān)頻率可達(dá)2MHZ；兩個半橋輸出的導(dǎo)通延遲都可單獨(dú)編程；欠壓鎖定功能；軟啟動控制功能；鎖定后的過流比較器在整個工作周期內(nèi)均可重新啟動；適用于電壓拓?fù)浜碗娏魍負(fù)洌?個2A圖騰柱式輸出級；10MHZ誤差放大器；在欠壓鎖定期間輸出自動變?yōu)榈碗娖?；啟動電流只?50uA；5伏基準(zhǔn)電壓可調(diào)；UC3875軟開關(guān)電源移項PWM控制集成電路，對兩個半橋開關(guān)電路的相位進(jìn)行移動控制，實(shí)現(xiàn)半橋功率級的恒頻PWM控制，借助開關(guān)器件的輸出電容充放電，在輸出電容放電結(jié)束的狀態(tài)下完成零電壓開通。相位控制的特點(diǎn)體現(xiàn)在UC3875的4個輸出端分別驅(qū)動A/B、C/D兩個半橋，都能單獨(dú)進(jìn)行導(dǎo)通延時的調(diào)節(jié)控制，在該死區(qū)時間內(nèi)確保下一個導(dǎo)通管的輸出電容放電完畢，為即將導(dǎo)通的開關(guān)管提供零電壓開通條件。在全橋拓?fù)湎乱祈椏刂频膬?yōu)點(diǎn)得到了充分的體現(xiàn)，UC3875在電壓模式下電流模式下均可工作，并具有一個獨(dú)立的過電流關(guān)斷電路以實(shí)現(xiàn)故障的快速保護(hù)。由于振蕩器的工作頻率大于2MHZ，所以整個電路的實(shí)際工作頻率可達(dá)2MHZ。該芯片除了可以在通常方式下工作，還可以通過CLOCK/SYNC引腳，接受外接同步時鐘信號，此時，外部時鐘頻率需大于芯片頻率；當(dāng)不同頻率的多個UC3875共同作用與電路時，通過連接CLOCK/SYNC引腳，使它們同步工作于最高頻率。芯片的保護(hù)功能包括：欠電壓鎖定，即芯片的偏置電壓達(dá)到閘值之前，其4個輸出端均保持低的有源輸出狀態(tài)；內(nèi)置的1.5V滯后使工作可靠；具有過電流保護(hù)，一旦出現(xiàn)事故該保護(hù)電路可在70NS之內(nèi)關(guān)斷所有輸出端；故障處理可在全周期范圍內(nèi)在啟動。該芯片的其它功能包括：帶寬超過7MHZ的誤差放大器；一個5伏的基準(zhǔn)電壓；軟啟動；一個斜坡電壓發(fā)生器和斜率補(bǔ)償電路。1000瓦全橋軟開關(guān)電源的IC控制系統(tǒng)與驅(qū)動電路2.5高頻變壓器變比及容量當(dāng)1000W全橋軟開關(guān)電源采用PQ50/50芯片時先給出主功率變壓器原邊繞組的圈數(shù)計算公式和計算過程?？紤]到UC3875的最佳工作頻率，又因?yàn)椴捎昧烁哳l開關(guān)特性良好的MOSFET功率管，所以選取開關(guān)頻率為100KHZ。首先根據(jù)功率容量Ap乘積公式來進(jìn)行估算。為了多留些余地，可再減小主功率變壓器的最大工作磁通密度Bm=1000GS,由計算式得到：Ap=Ae*Aq=Pt*10==5.56當(dāng)最大磁通密度選用1500GS時，功率容量降低到3.7。若開關(guān)頻率降低到50KHZ，則功率容量乘機(jī)增大一倍約11.12，余量就小了。PQ50/50鐵氧體磁芯的有效中心柱截面積為Ae=3.1416cm它的磁芯窗口面積為Aq=4.18cm,因此PQ50/50的功率容量乘積為：Ap=Ae*Aq=3.1416*418=13.2可見，在開關(guān)頻率為100KHZ時，采用PQ50/50鐵氧體磁芯做1000W主功率變壓器，它的功率容量是合理的。再來計算原邊繞組的匝數(shù)值：計算方法之一Np==取原邊繞組匝數(shù)28匝。當(dāng)最大磁通密度選用1500GS時，則Np=18匝，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，這個原邊匝數(shù)取值過小了。計算方法之二Np=取原邊繞組匝數(shù)28匝，結(jié)果與上式相同。計算副邊繞組匝數(shù)，計算式：Ns=*NpVop是副邊整流濾波輸出電壓的副值，它由三項數(shù)值相加之和：一是考慮脈動值V=5V*15*10%=15+1.5=6.5二是整流器二極管的正向壓降，Vd=1.2V直流壓降。三是濾波電感的直流壓降假設(shè)為VL=0.2v。IC控制系統(tǒng)時一般都加上外圍分立元件驅(qū)動電路，增大驅(qū)動電流功率，減小IC功率的溫升提高電源整機(jī)的可靠性（1000瓦全橋軟開關(guān)電源的主功率變換器與輸出整流濾波電路）。（1000瓦全橋軟開關(guān)電源變換器的電網(wǎng)輸入整流濾波電路與輔助電源電路）課設(shè)總結(jié)兩周的課設(shè)結(jié)束了從中我收獲了很多，基本達(dá)到了課程設(shè)計的目的。首先我對課本的相關(guān)的知識點(diǎn)重新的復(fù)習(xí)了一遍，而且是帶著問題來看的所以效果非常好，將老師以前在課堂講的東西有了一個更深的認(rèn)識，對以前似懂非懂的東西弄懂了，并且能更深體會哪個部分是實(shí)踐中更需要的哪個部分是理論的可以作到心中有數(shù)。其次在我做課設(shè)的過程中也翻閱了許多相關(guān)的書籍使我的眼界有了很大的拓寬，猶如小魚游入大海，此刻也更感到自己的渺小無知。還有就是我對計算機(jī)軟件的應(yīng)用也更為熟練，這是個以外的收獲。最后感謝在此次課設(shè)中給與我大力支持和幫助的老師和同學(xué)。第3章課程設(shè)計的考核3.1課程設(shè)計的考核要求課程設(shè)計采用五級(優(yōu)、良、中、及格、不及格)評分制。最后成績依據(jù)課程設(shè)計論文及平時成績決定，其中平時考核成績占20%。3.2課程性質(zhì)與學(xué)分電力電子技術(shù)課程設(shè)計的課程性質(zhì)：考查學(xué)分：2參考文獻(xiàn)[1]王兆安.電力電子技術(shù).第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003[2]劉勝利現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)電子工業(yè)出版社2001.9[3]石玉.電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計指導(dǎo)北京：機(jī)械工