电力电子技术课程设计-240w半桥型开关稳压电源设计

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：240W半桥型开关稳压电源设计院（系）：电气工程学院专业班级：电气102学号：100303044学生姓名：邹伟龙指导教师：（签字）起止时间：2012-12-31至2012-1-11本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气教研室注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号100303044学生姓名邹伟龙专业班级电气102课程设计（论文）题目240W半桥型开关稳压电源设计课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能为实验室电子设备提供24V稳压范围宽、大功率直流电源，以取代低效率的线性稳压电源。设计任务1、方案的经济技术论证。2、整流电路设计。3、逆变电路设计。4、通过计算选择器件的具体型号。5、驱动电路设计或选择。6、绘制相关电路图。要求1、1、文字在4000字左右。2、2、文中的理论分析与计算要正确。3、3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。技术参数1、输入电压单相170~260V。2、输入交流电频率45~65HZ。3、输出直流电压24V恒定。4、输出直流电流10A。。5最大功率：250W。6、稳压精度：＜直流输出电压整定值的1％。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：输入整流滤波电路设计；第5天：逆变电路设计；第6天：确定高频变压器变比及容量；第7天：输出整流滤波电路设计；第8天：控制电路设计；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：指导教师签字：总成绩：年月日本科生课程设计（论文）II摘要开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优于线性电源，因此已经基本取代了线性电源，成为电子热备供电的主要形式,受到人们的青睐.随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用，人们对其需求量日益增长。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务，信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。本次设计采用反激式开关电源，以UC3842作为控制核心器件，运用脉宽调制的基本原理。同时，电路中辅以过压过流保护电路，为系统的安全工作提供保障。关键词：整流电路；逆变电路；驱动电路本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................11.1电力电子技术概况.............................................11.2本文设计内容.................................................2第2章开关稳压电源电路设计..........................................32.1半桥型开关稳压电源总体设计方案...............................32.2具体电路设计.................................................52.2.1主电路设计.............................................................................................52.2.2整流电路设计.........................................................................................62.2.3逆变电路设计.........................................................................................72.2.4驱动电路设计.........................................................................................82.2.5整体电路设计......................................................................................102.3元器件型号选择..............................................12第3章课程设计总结.................................................15参考文献............................................................16本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力电子技术概况目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等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。并对开关电源提出了小型轻量要求，此外要求开关电源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。当前，各国正在努力开新器件、新材料以及改进装连方法，进一步提高效率，缩小体积，降低价格，以解决开关电源面临的课题。随着电力电子技术的不断创新，开关电源产业会有更广阔的发展前景。开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优于线性电源，因此已经基本取代了线性电源，成为电子热备供电的主要电源形式，受到人们的青睐。采用先整流滤波、后经高频逆变得到高频交流电压，然后由高频变压器降压、再整流滤波的方法。这种采用高频开关方式进行电能变换的电源称为开关电源。随着电子技术和应用迅速地发展，开关稳压电源的品种和类型也越来越多。按激励方式分为他激式和自激式；按调制方式分为脉宽调制型、频率调制型和混合调制型；按开关管电流的工作方式分开关型和谐振型；按开关晶体管的类型分为晶体管型和可控硅型；按储能电感与负载的连接方式分为串联型和并联型；按晶体管的连接方式分为单端式、推挽式、半桥式、全桥式。本文设计了一种半桥型开关稳压电源，它具有驱动电路简单，驱动功率小，开关速度快，开关频率高等优点。本科生课程设计（论文）21.2本文设计内容开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优于线性电源，因此已经基本取代了线性电源，成为电子热备供电的主要电源形式，受到人们的青睐。采用先整流滤波、后经高频逆变得到高频交流电压，然后由高频变压器降压、再整流滤波的方法。这种采用高频开关方式进行电能变换的电源称为开关电源。整流电路采用单相桥式半控整流电路，由四个晶闸管、一个变压器和一个续流二极管组成。并带有阻感负载。逆变电路采用半桥逆变电路，它有两个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的连接点便成为直流电源的中点。优点是简单，适用器件少。驱动电路采用IR2304芯片。它具有芯片体积小、集成度高、动态响应快、工作频率高、驱动能力强等显著特点。整体电路由两部分构成。UC3854A／B及外围元器件构成控制部分，实现对网侧输入电流和输出电压的控制。功率部分由L2，Cs，S等元器件构成Boost升压电路。开关管S选择西门康公司的SKM75GBl23D模块，其工作频率选在35kHz。升压电感L2为2mH／20A。C5采用两个450V／470μF的电解电容并联。本科生课程设计（论文）3第2章开关稳压电源电路设计2.1半桥型开关稳压电源总体设计方案开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。开关电源的基本构成如下图所示，其中DC/DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路（R1、R2）检测输出电压变化，与基准电压Ur比较，误差电压经过放大及脉宽调制（PWM）电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可以；开关管耐压要求较低；电路成本比全桥电路低等。这种电路常常被用于各种稳压输出的DC变换器DC/DC变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振型变换器。图2.1主体方框图随着电力电子技术的发展，电源技术被广泛应用于各个行业。对电源的要求也各有不同。本次设计的是一种功率较大，的开关电源。设计采用了AC／DC／AC／DC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，再经半桥变换电路逆变后，由高频变压器隔离降压，最后整流输出直流电压。系统的主要环节为有源功率因数校正整流逆变高频整流直流工作电源驱动电压反馈PSW控制本科生课程设计（论文）4电路、DC／DC电路、功率因数校正电路、PWM控制电路和保护电路等。采用UC3854A／B控制芯片组成功率因数校正电路来提高功率因数，用新型的芯片UC3825作为控制芯片来代替SG3525，不仅外围电路简单，而且具有有容差过压限流功能，还采用了新型IR2304作为驱动芯片，动态响应快，且自带死区，防止半桥上下管直通。该电路用高速双路PWM控制器UC3825为控制芯片，功率MOSFET为开关器件而构成的推挽逆变器，逆变器输出经高频LC滤波后输出1MHz/100W正弦波功率信号。实验证明电路产生的波形质量好，电路结构简单，控制方便，并具有体积小，效率高的特点。低频小功率信号源往往用线性功率放大电路，其电路比较简单，波形质量好，易于实现。而对于高频、中大功率信号源用线性功率放大电路难以实现，特别是对于要求1MHz/100W正弦波功率信号源，采用线性功率放大电路，其电路结构复杂，调整困难，不易实现。而采用高速双路PWM控制器UC3825为控制芯片，功率MOSFET为开关器件，经LC高频滤波，输出1MHz/100W正弦波功率信号源，其波形质量好，电路结构简单，体积小，效率高。本科生课程设计（论文）52.2具体电路设计2.2.1主电路设计反激式电源一般用在100w以下的电路，而本电源设计最大功率达到250w，额定电流为10A左右。在功率较大的高频开关电源中，常用的主变换电路有推挽电路、半桥电路、全桥电路等。其中推挽电路用的开关器件少，输出功率大，但开关管承受电压高(为电源电压的2倍)，且变压器有6个抽头，结构复杂；全桥电路开关管承受的电压不高，输出功率大，但需要的开关器件多(4个)，驱动电路复杂；半桥电路开关管承受的电压低，开关器件少，驱动简单。根据对各种拓扑方案的电气性能以及成本等指标的综合比较，本电源选用半桥式DC／DC变换器作为主电路。如图2.2即为主电路图。图2.2主电路图图2.2中C1、C2、Q1、Q2和主变压器T1构成了半桥AC／DC变换电路。MOSFET采用11NC380。电路的工作频率为80kHz。变压器采用E55的铁氧体磁芯，无须加气隙。绕制时采用“三段式”绕法，以减小漏感。C4为隔直电容，用来阻断与不平衡伏秒值成正比的直流分量，平衡开关管每次不相等的伏秒值。C3采用优质CBB无感电容。Ct是电流互感器，作为电流控制时取样用。D3、D4采用快恢复二极管，经过L1和C3平波滤波后输出OUT2给控制芯片供电，R1、R2则是反馈电压的采样电阻。主变压器的输出OUT为高频低压交流电。如图2.2.1所示，反馈电压和输出电压同一绕组，样，可以在负载变化时最大限度地保证输出电压的稳定。后级可接一个或多个多路输出的变压器，然后通过整流电路整流，这样既能保证每路输出都是独立的，又可以得到任意大小的电压。故可满足DSP等需要多路不同电压供电且精度较高的要求。本科生课程设计（论文）62.2.2整流电路设计对每个导电回路进行控制，相对于全控桥而言少了一个控制器件