課程設(shè)計(jì) --全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目： 全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) </p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語</p><p>　　院（系）：信息科學(xué)與工程學(xué)院 教研室：電氣</p><p>　學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)</p><p>　課程設(shè)計(jì)（論

2、文）題目全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</p><p>　課程設(shè)計(jì)（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(jì)的主要任務(wù)包括：主電源設(shè)計(jì)。通過計(jì)算選擇整流器件的具體型號(hào)。確定高頻變壓器變比及容量。輔助電源設(shè)計(jì)。保護(hù)電路設(shè)計(jì)。</p><p>　指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年

3、 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求1</p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)目的1</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)1</p><p>　　1.3 課程設(shè)計(jì)要求1</p><p>

4、;　　第2章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容2</p><p>　　2.1 總體方案論證2</p><p>　　2.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源基本框圖及說明2</p><p>　　2.3 主電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.4 全橋軟開關(guān)電源移項(xiàng)控制5</p><p>　　2.5 高頻變壓器變比及容量7</p><

5、;p>　　第3章 課程設(shè)計(jì)的考核10</p><p>　　3.1 課程設(shè)計(jì)的考核要求10</p><p>　　3.2 課程性質(zhì)與學(xué)分10</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p>　　第一章課程設(shè)計(jì)目的與要求</p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)目的</

6、p><p>　　“電力電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的深化和提高。因此，要求學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的能力；培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報(bào)告的能力。</p><p>　　1.2課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)</p>

7、;<p>　　熟悉電力電子技術(shù)課程、電機(jī)學(xué)課程的相關(guān)知識(shí)。</p><p>　　1.3 課程設(shè)計(jì)要求</p><p>　　按課程設(shè)計(jì)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(jì)，課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括以下內(nèi)容：</p><p><b>　　主電路設(shè)計(jì)。</b></p><p>　　通過計(jì)算選擇

8、整流器件的具體型號(hào)。</p><p>　　確定高頻變壓器變比及容量。</p><p><b>　　輔助電源設(shè)計(jì)。</b></p><p><b>　　控制電路設(shè)計(jì)。</b></p><p><b>　　6、課程設(shè)計(jì)總結(jié)。</b></p><p>　　7、

9、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)。</p><p><b>　　第二章課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　2.1總體方案論證 </p><p>　　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(shí)管壓降很小-截止電流幾乎為零，因此工作時(shí)管耗很小使開關(guān)電源的效率很高，通常在80%左右，而線性

10、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(duì)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

11、網(wǎng)電壓波動(dòng)正負(fù)10%，另電網(wǎng)電壓頻率變化4%時(shí)開關(guān)電源仍可工作。 </p><p>　　2.2開關(guān)穩(wěn)壓電源基本框圖及說明</p><p>　　電路首先經(jīng)過濾波電路變成含有一定脈動(dòng)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(gè)高頻功率元件，它將脈動(dòng)直流電壓斬波成高頻方波，然后再將這個(gè)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(gè)脈沖寬度調(diào)制電路，通過由給定的基準(zhǔn)電壓與輸出直

12、流電壓采樣信號(hào)比較進(jìn)而控制脈寬調(diào)制來控制高頻開關(guān)元件的開</p><p><b>　　關(guān)時(shí)間比。</b></p><p><b>　　2.3主電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　　全橋功率變換器的簡(jiǎn)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

13、間。相對(duì)于橋臂上的一對(duì)晶體管S1、S4和另一對(duì)開關(guān)管上S2、S3分別由驅(qū)動(dòng)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(duì)角線晶體管S1、S4在開關(guān)脈沖驅(qū)動(dòng)下同時(shí)導(dǎo)通飽和的正半周期時(shí)，另一對(duì)角線晶體管S2、S3均處于截止?fàn)顟B(tài)，反之，當(dāng)對(duì)角線開關(guān)管S2、S3在脈沖驅(qū)動(dòng)下同時(shí)飽和導(dǎo)通另一對(duì)晶體管S1、S4則處于截止?fàn)顟B(tài)。兩對(duì)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

14、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(gè)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(jiǎn)化電路與正負(fù)半周期工作狀態(tài)示意圖</p><p>　　2.4全橋軟開關(guān)電源移項(xiàng)控制電路</p><p>　　UC3875電氣特征如下</p><p>　　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(gè)半橋輸出的導(dǎo)通延遲都可單獨(dú)編

15、程；欠壓鎖定功能；軟啟動(dòng)控制功能；鎖定后的過流比較器在整個(gè)工作周期內(nèi)均可重新啟動(dòng)；適用于電壓拓?fù)浜碗娏魍負(fù)洌?個(gè)2A圖騰柱式輸出級(jí)；10MHZ誤差放大器；在欠壓鎖定期間輸出自動(dòng)變?yōu)榈碗娖剑粏?dòng)電流只有150uA；5伏基準(zhǔn)電壓可調(diào)；</p><p>　　UC3875軟開關(guān)電源移項(xiàng)PWM控制集成電路，對(duì)兩個(gè)半橋開關(guān)電路的相位進(jìn)行移動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)半橋功率級(jí)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

16、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(gè)輸出端分別驅(qū)動(dòng)A/B、C/D兩個(gè)半橋，都能單獨(dú)進(jìn)行導(dǎo)通延時(shí)的調(diào)節(jié)控制，在該死區(qū)時(shí)間內(nèi)確保下一個(gè)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?xiàng)控制的優(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(gè)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)。</p><p>　　由于振蕩器的工作頻率大于2MHZ，

17、所以整個(gè)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(shí)鐘信號(hào)，此時(shí)，外部時(shí)鐘頻率需大于芯片頻率；當(dāng)不同頻率的多個(gè)UC3875共同作用與電路時(shí)，通過連接CLOCK/SYNC引腳，使它們同步工作于最高頻率。</p><p>　　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(gè)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

18、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(dòng)。</p><p>　　該芯片的其它功能包括：帶寬超過7MHZ的誤差放大器；一個(gè)5伏的基準(zhǔn)電壓；軟啟動(dòng)；一個(gè)斜坡電壓發(fā)生器和斜率補(bǔ)償電路。</p><p>　　1000瓦全橋軟開關(guān)電源的IC控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　2.5高頻變壓器變比及容量<

19、/p><p>　　當(dāng)1000W全橋軟開關(guān)電源采用PQ50/50芯片時(shí)先給出主功率變壓器原邊繞組的圈數(shù)計(jì)算公式和計(jì)算過程。考慮到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。</p><p>　　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(jì)算式得到：</

20、p><p>　　Ap=Ae*Aq=Pt*10==5.56</p><p>　　當(dāng)最大磁通密度選用1500GS時(shí)，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。</p><p>　　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= 4.18 cm,因此PQ50/50的功率容量乘

21、積為： </p><p>　　Ap=Ae*Aq=3.1416*418=13.2</p><p>　　可見，在開關(guān)頻率為100KHZ時(shí)，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。</p><p>　　再來計(jì)算原邊繞組的匝數(shù)值：</p><p><b>　　計(jì)算方法之一</b></p&

22、gt;<p><b>　　Np==</b></p><p>　　取原邊繞組匝數(shù)28匝。當(dāng)最大磁通密度選用1500GS時(shí)，則Np=18匝，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，這個(gè)原邊匝數(shù)取值過小了。</p><p><b>　　計(jì)算方法之二</b></p><p><b>　　Np=</b></p>

23、<p>　　取原邊繞組匝數(shù)28匝，結(jié)果與上式相同。</p><p>　　計(jì)算副邊繞組匝數(shù)，計(jì)算式：</p><p><b>　　Ns=*Np</b></p><p>　　Vop是副邊整流濾波輸出電壓的副值，它由三項(xiàng)數(shù)值相加之和：一是考慮脈動(dòng)值V=</p><p>　　5V*15*10%=15+1.5=6.5

24、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(shí)一般都加上外圍分立元件驅(qū)動(dòng)電路，增大驅(qū)動(dòng)電流功率，減小IC功率的溫升提高電源整機(jī)的可靠性</p><p>　　（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）</p><p><b>　　。</b></p><p>　?。?

25、000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）</p><p><b>　　課設(shè)總結(jié)</b></p><p>　　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(jì)的目的。首先我對(duì)課本的相關(guān)的知識(shí)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(gè)更深的認(rèn)識(shí)，對(duì)以前似懂非懂的東西弄懂了，并且能更深體會(huì)哪個(gè)部分是

26、實(shí)踐中更需要的哪個(gè)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(duì)計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用也更為熟練，這是個(gè)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)。</p><p>　　第3章 課程設(shè)計(jì)的考核</p><p>　　3.1 課程設(shè)計(jì)的考核要求</p>

27、<p>　　課程設(shè)計(jì)采用五級(jí)(優(yōu)、良、中、及格、不及格)評(píng)分制。</p><p>　　最后成績(jī)依據(jù)課程設(shè)計(jì)論文及平時(shí)成績(jī)決定，其中平時(shí)考核成績(jī)占20%。</p><p>　　3.2 課程性質(zhì)與學(xué)分</p><p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的課程性質(zhì)：考查</p><p><b>　　學(xué)分：2</b></p

28、><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[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 </p><p>　　[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 </p><p>　　[3] 石 玉. 電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計(jì)指導(dǎo) 北京：機(jī)械工業(yè)出版

29、社,1999</p><p>　　[4] 馬傳天 晶體管開關(guān)穩(wěn)壓電源 北京： 人民郵電出版社 1995.1</p><p>　　[5] 郝萬新 電力電子技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2002.1</p><p>　　[6] 周志敏 開關(guān)電源實(shí)用技術(shù) 人民郵電出版社 2004.1</p><p>　　[7] 張占松 高頻開