《20W單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《20W單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì).doc（19頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文） 題目：題目：20W20W單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì) 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字） 起止時(shí)間：起止時(shí)間：202012-12-31至至2012-1-11 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ) 院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 電氣 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí) 課程設(shè)計(jì)題目20W20W單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功
2、能、要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù) 實(shí)現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)功能 為小功率電子設(shè)備如影碟機(jī)、CD 機(jī)、移動(dòng)硬盤等提供 12V 穩(wěn)定的直 流電壓，以取代低效率的線性穩(wěn)壓電源，減小電源的體積和重量。 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù) 1、方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證。2、整流電路設(shè)計(jì)。3、逆變電路設(shè)計(jì)。4、 通過計(jì)算選擇器件的具體型號(hào)。5、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)或選擇。6、繪制相關(guān)電 路圖。 要求要求 1、文字在 4000 字左右。 2、文中的理論分析與計(jì)算要正確。 3、文中的圖表工整、規(guī)范。 4、元器件的選擇符合要求。 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 1、輸入電壓?jiǎn)蜗?70 260V。2、輸入交流電頻率4565HZ。3、輸出 直流電
3、壓12V恒定。4、輸出直流電流2A。5最大功率：25W。6、穩(wěn)壓精度： 直流輸出電壓整定值的1 進(jìn)度計(jì)劃 第 1 天：集中學(xué)習(xí)；第 2 天：收集資料；第 3 天：方案論證；第 4 天：輸 入整流濾波電路設(shè)計(jì)；第 5 天：逆變電路設(shè)計(jì)；第 6 天：確定高頻變壓器 變比及容量；第 7 天：輸出整流濾波電路設(shè)計(jì)；第 8 天：控制電路設(shè)計(jì)； 第 9 天：總結(jié)并撰寫說明書；第 10 天：答辯 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） I 注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） II 摘 要
4、 摘要也稱內(nèi)容提要，概括研究題目的主要內(nèi)容、特點(diǎn)，文字要精練。中文摘 要一般不少于 200 字，外文摘要的內(nèi)容應(yīng)與中文摘要相對(duì)應(yīng)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞 1；關(guān)鍵詞 2；關(guān)鍵詞 3；關(guān)鍵詞 4 注意：關(guān)鍵詞不少于 2 個(gè) 黑體小二，居中 行間距 20 磅，小四宋體 小四黑體 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 第 1 章 緒論 1 1.1 電力電子技術(shù)概況 .1 1.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容 .1 第 2 章 20W 單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì).2 2.1 20W 單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案 2 2.2 具體電路設(shè)計(jì) .2 2.2.1 主電路設(shè)計(jì).2 2.2.2 整流電路設(shè)計(jì).3 2.2.3 單端反激電
5、路設(shè)計(jì).5 2.2.4 控制電路設(shè)計(jì).7 2.2.5 保護(hù)電路設(shè)計(jì)7 2.3 元器件型號(hào)選擇 .8 2.4 系統(tǒng)調(diào)試或仿真、數(shù)據(jù)分析 .9 第 3 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .10 參考文獻(xiàn) 11 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 0 第 1 章 緒論 1.1 電力電子技術(shù)概況 結(jié)合設(shè)計(jì)概括發(fā)展技術(shù) 電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶 閘管，GTO，IGBT 等）對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功 率可大到數(shù)百 MW 甚至 GW，也可以小到數(shù) W 甚至 1W 以下，和以信息處理為主的信息電 子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。電子技術(shù)包括信息
6、電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩 大分支。通常所說的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)是應(yīng) 用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。具體的說，就是使用電力電子器件對(duì)電進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。 目前所用的電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱為電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)所變換 的“電力” ，功率可以大到數(shù)百 MW 甚至 GW，也可以小到數(shù) W 甚至 1W 以下。信息電子技 術(shù)主要用于信息處理，而電力電子技術(shù)則主要用于電力變換。電力電子涉及由半導(dǎo)體開關(guān)啟 動(dòng)裝置進(jìn)行電源的控制與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。半導(dǎo)體整流控制、半導(dǎo)體硅整的小型化等的出現(xiàn)，產(chǎn)生 一個(gè)新的電力電子應(yīng)用領(lǐng)域。半導(dǎo)體硅整流、汞弧整流器應(yīng)用于控制電源，
7、但是這樣的整流 回路只是工業(yè)電子的一部分，對(duì)于汞弧整流器應(yīng)用范圍而言是有局限的。半導(dǎo)體硅整流的應(yīng) 用涉及很多領(lǐng)域，如汽車、電站、航空電子、高頻變頻器等。 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維 持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地 創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子 設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。 帶隔離的直流直流變流電路，同直流斬波電路相比，直流變流電路增加了 交流環(huán)節(jié)，因此也稱直交直電
8、路。該電路分為單端正激電路、單端反激電路、 半橋電路、全橋電路、推挽電路五大類型。本文中將采用單端反激電路作為直流 直流部分的電力變換電路。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 1 1.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容 單端反激開關(guān)電路在日常生活中得到了廣泛應(yīng)用，為小功率電子設(shè)備如影碟 機(jī)、CD 機(jī)、移動(dòng)硬盤等提供 12V 穩(wěn)定的直流電壓，以取代低效率的線性穩(wěn)壓電 源，減小電源的體積和重量。本文在設(shè)計(jì)中，將包括：方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證、整 流電路設(shè)計(jì)、逆變電路設(shè)計(jì)、通過計(jì)算選擇器件的具體型號(hào)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)或選 擇、繪制相關(guān)電路圖，共六部分。其中，輸入電壓?jiǎn)蜗?170260V，在此選擇 220V。輸入交流電頻率 4565Hz，
9、在此選擇 50Hz。輸出直流電壓 12V 恒定。輸 出直流電流 2A。最大功率：25W。穩(wěn)壓精度：直流輸出電壓整定值的 1 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 2 R1 1k D1 2N1595 D2 2N1595 D3 2N1595 D4 2N1595 T1 NLT_PQ_4_10 V1 220 Vrms 50 Hz 0 L1 1GH 7 6 5 4 3 C1 1F T2 NLT_PQ_4_10 D5 1BH62C2 1F XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ Q1 2N6975 11 10 12 8 1 2 第 2 章 20W 單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2.1 20W 單端反激開關(guān)電
10、源設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案 整流 電路 高頻 逆變 直流 高頻交流 變壓 器 高頻交流 交流 整流 電路 脈動(dòng)直流 濾波 器 直流 圖圖 2.1 20W 單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案圖單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案圖 輸入端輸入電壓為 220V，頻率為 50Hz 的交流電，經(jīng)過單相橋式整流橋整流 后產(chǎn)生低頻直流電壓，再經(jīng)高頻逆變電路產(chǎn)生高頻交流電壓，通過高頻變壓器， 輸出高頻交流信號(hào)，再次由整流電路整流后輸出脈動(dòng)直流信號(hào)，最后經(jīng)電容濾波 器濾波后，產(chǎn)生最終所需要的 12V 直流電信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 具體的，整流電路部分由單相橋式整流電路整流，輸出直流電信號(hào)后，通過 帶隔離的直流直流變流電路中的
11、單端反激電路，最終輸出 12V 直流電信號(hào)。 2.2 具體電路設(shè)計(jì) 2.2.1 主電路設(shè)計(jì) 2.2.1.1 主電路電路圖 圖圖 2.2.1 主電路電路圖主電路電路圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 3 R1 1k D1 2N1595 D2 2N1595 D3 2N1595 D4 2N1595 T1 NLT_PQ_4_10 1 2 V1 220 Vrms 50 Hz 0 3 4 L1 1GH 5 10 11 2.2.1.2 主電路說明 由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生出 220V，50Hz 的正弦電信號(hào)，經(jīng)變壓器變壓后，通 過單相橋式整流電路后產(chǎn)生直流信號(hào)，經(jīng) R=1k，L 趨于無(wú)窮大的電感負(fù)載后， 整流完畢。 主
12、電路后部分為單端反激電路，其開關(guān) S 由一個(gè)晶閘管 VT5 代替，并對(duì)晶閘 管施加空占比為 50%的方波脈沖信號(hào)，以觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通。變壓器 T2 為高頻變 壓器，輸出高頻交流信號(hào)經(jīng) VT6 整流為脈動(dòng)直流，再經(jīng)電容 C2 濾波后，即輸出 12V 直流信號(hào)。 2.2.2 整流電路設(shè)計(jì) 2.2.2.1 整流電路設(shè)計(jì)圖 圖圖 2.2.2.1 整流電路電路圖整流電路電路圖 2.2.2.2 整流電路說明 在單相橋式全控整流電路中，晶閘管 VT1、VT4 和晶閘管 VT2、VT3 各組成 一對(duì)橋臂。在 U2正半周，若 4 個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，負(fù)載電流 iVT為零，uVT 也為 零，VT1、VT4 串聯(lián)承受電
13、壓 U2，設(shè) VT1 和 VT4 的漏電阻相等，則各承受 U2一 半的電壓。若在觸發(fā)角 a 處給 VT1、VT4 加觸發(fā)脈沖，VT1、VT4 即導(dǎo)通，電流 從電源 a 端經(jīng) VT1、R、VT4 流回電源 b 端。當(dāng) U2過零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也 降低到零，VT1 和 VT4 關(guān)斷。 在 U2負(fù)半周，任然在觸發(fā)角 a 處觸發(fā) VT2、VT3，VT2、VT3 導(dǎo)通，電流從 電源 b 端經(jīng) VT3、R、VT2 流回電源 a 端。當(dāng) U2過零時(shí)，流經(jīng)晶閘管 的電流也降低到零，VT2 和 VT3 關(guān) 斷。此后有事 VT1 和 VT4 導(dǎo)通，如此循環(huán)地工作下去，整流電壓 UVT和晶閘管 2 2 2 U
14、本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 4 VT1、VT4 兩端電壓波形分別如下圖所示，晶閘管承受的最大正向電壓和反向電 壓分別為 和。 2 2U 波形圖： 圖圖 2.2.2.2 橋式整流電路輸出波形圖橋式整流電路輸出波形圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 5 VUUd198*220*9 . 0cos9 . 0 2 C1 1F T1 NLT_PQ_4_10 D1 1BH62C2 1F 2 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ 4 Q1 2N6975 5 6 1 3 整流電路將幅值為 220V，頻率 50Hz 的正弦交流電轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)。其電壓 幅值為： 2.2.3 單端反激電路設(shè)計(jì) 2.2.3.
15、1 單端反激電路說明 圖圖 2.2.3.1 反激電路原反激電路原理圖理圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 6 圖圖 2.2.3.1 反激電路工作波形反激電路工作波形 上圖為單端反激電路原理圖及波形圖。反激電路中的變壓器起著儲(chǔ)能元件的 作用，可以看作是一對(duì)相互耦合的電感。 IGBT 導(dǎo)通后，D1 處于斷態(tài)，繞組 W1 的電流線性增長(zhǎng)，電感儲(chǔ)能增加； IGBT 關(guān)斷后，繞組 W1 的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過繞組 W2 和 D1 向輸出端釋放。IGBT 關(guān)斷后的電壓為： 反激電路可以工作在電流斷續(xù)和電流連續(xù)兩種模式： （1） 、如果當(dāng) IGBT 開通時(shí)，繞組 W2 中的電流尚未下降到零，則成電路工
16、 作于電流連續(xù)模式。 （2） 、如果 IGBT 開通前，繞組 W2 中的電流已經(jīng)下降到零，則稱電路工作 于電流斷續(xù)模式。 當(dāng)工作于電流連續(xù)模式時(shí)： 當(dāng)電路工作在斷續(xù)模式時(shí)，輸出電壓高于上式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升 高，在負(fù)載為零的極限情況下，Uo趨向無(wú)窮，這將損壞電路中的元件，因此反激 電路不應(yīng)該工作于負(fù)載開路狀態(tài)。 2.2.3.2 單端反激電路參數(shù)計(jì)算 ois U N N UU 2 1 off on i o t t N N U U 1 2 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 7 2.2.4 控制電路設(shè)計(jì) 控制電路以專用 PWM 控制芯片 SG3525 為核心構(gòu)成，控制電路輸出占空比 可調(diào)的矩形波，其占
17、空比受 Uco控制。SG3525 是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通 用性強(qiáng)的單片集成 PWM 控制芯片，它簡(jiǎn)單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動(dòng)為推 拉輸出形式，增加了驅(qū)動(dòng)能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)控制電路、PWM 鎖存器，有過流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時(shí)能限制最大占空比。 直流電源 Vs 從腳 15 接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準(zhǔn)電 壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的元器件作為電源。振蕩器腳 5 須外接電容 CT， 腳 6 須外接電阻 RT。振蕩器頻率由外接電阻 RT 和電容 CT 決定， 振蕩器的 輸出分為兩路，一路以時(shí)鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個(gè)或非門；另一路以 鋸齒波形式送至比
18、較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出， 誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，輸出一個(gè)隨誤差放大器輸 出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個(gè)輸入端。 或非門的另兩個(gè)輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩 個(gè)輸出互補(bǔ)，交替輸出高低電平，將 PWM 脈沖送至三極管 VT1 及 VT2 的基極， 鋸齒波的作用是加入死區(qū)時(shí)間，保證 VT1 及 VT2 不同時(shí)導(dǎo)通。最后，VTl 及 VT2 分別輸出相位相差為 180的 PWM 波。 本電源輸入電壓是由帶隔離變壓器的+30V 電源提供， 選用 SG3525 設(shè)計(jì) 的 DCDC 直流變換
19、器原理圖。性能指標(biāo)是：輸入電壓為 DC2435V 可調(diào)，輸 入額定電壓為 30V，輸出為 5V/lA。本系統(tǒng)由 SG3525 產(chǎn)生兩路反向方波來控制 MOSFET 的導(dǎo)通與關(guān)閉，MOSFET 驅(qū)動(dòng)采用推挽方式，本設(shè)計(jì)在變壓器的中心 抽頭加入 30V 直流電壓，輸出部分采用全波整流，在輸出點(diǎn)上有分壓電阻給 TL431 提供參考電壓，并通過光電隔 離反饋到 SG3525，以調(diào)節(jié)控制輸出方 波占空比來穩(wěn)定輸出電壓。由于本設(shè)計(jì)采用推挽式功率變換電路，在輸入回路中 僅有一個(gè)開關(guān)的通態(tài)壓降，而半橋和全橋電路有 2 個(gè)，因此在同樣的條件下，產(chǎn) 生的通態(tài)損耗較小，這種拓?fù)涮貏e適合輸入電壓較低的場(chǎng)合，這也是本設(shè)
20、計(jì)為什 么采用推挽變換器的原因。其中的變壓器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)直流隔離和電壓變換的功能， 磁性元件數(shù)目較少，成本較低。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 8 下圖為 SG3525 控制電路電路原理圖： 圖圖 2.2.4.1 SG3525 控制電路原理圖控制電路原理圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 9 2.2.5 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 抑制過電壓的方法：用非線性元件限制過電壓的副度，用電阻消耗生產(chǎn)過電 壓的能量，用儲(chǔ)能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量。 對(duì)于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現(xiàn) 過電壓的場(chǎng)合。所以我們選用用儲(chǔ)能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護(hù)。使用 RC 吸收電路，這種保護(hù)可以把變壓器繞組中釋放
21、出的電磁能量轉(zhuǎn)化為電容器的 電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來。由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián) 電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量，并抑制 LC 回路的震動(dòng)。 晶閘管的過電壓保護(hù)晶閘管的過電壓保護(hù) 晶閘管的過電壓能力較差，當(dāng)它承受超過反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)被反向擊穿而 損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉(zhuǎn)折電壓，會(huì)造成晶閘管硬開通，不僅使電 路工作失常，且多次硬開關(guān)也會(huì)損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過電 壓，常采用簡(jiǎn)單有效的過電壓保護(hù)措施。 對(duì)于晶閘管的過電壓保護(hù)可參考主電 路的過電壓保護(hù)，我們使用阻容保護(hù)，如圖 2.2.5.1 所示。 圖圖 2.2.5.1 阻容保護(hù)阻容保護(hù) 晶閘管的過電流保
22、護(hù)晶閘管的過電流保護(hù) 常見的過電流保護(hù)有：快速熔斷器保護(hù)，過電流繼電器保護(hù)，直流快速開關(guān) 過電流保護(hù)。 快速熔斷器保護(hù)是最有效的保護(hù)措施；過電流繼電器保護(hù)中過電流繼電器開 關(guān)時(shí)間長(zhǎng)（只有在短路電流不大時(shí)才有用；直流快速開關(guān)過電流保護(hù)功能很好， 但造價(jià)高，體積大，不宜采用。如圖 2.2.5.2 所示。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 10 圖圖 2.2.5.2 快速熔斷器保護(hù)電路快速熔斷器保護(hù)電路 2.3 元器件型號(hào)選擇 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 11 2.4 系統(tǒng)調(diào)試或仿真、數(shù)據(jù)分析 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 12 第 3 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 13 參考文獻(xiàn) 1 王兆安主編.電力電子技術(shù).第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003 2 郝萬(wàn)新主編.電力電子技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社, 2002 3 孟志強(qiáng)主編.電力電子技術(shù).晶閘管中頻感應(yīng)逆變電源的附加振蕩啟動(dòng)方法, 2003.6 4 呂宏主編.電力電子技術(shù).感應(yīng)加熱電源的 PWM-PFM 控制方法, 2003.1 5 吳雷主編.電力電子技術(shù).基于 VTSP 大功率中頻感應(yīng)焊機(jī)的研究, 2003.4 6 李金剛主編電力電子技術(shù).基于 VTSP 感應(yīng)加熱電源頻率跟蹤控制的實(shí)現(xiàn), 2003.4
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