全桥型开关稳压电源设计

电力电子技术课程设计（论文）题目：全桥型开关稳压电源设计

课程设计（论文）任务及评语院（系）：信息科学与工程学院教研室：电气学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目全桥型开关稳压电源设计课程设计（论文）任务将单相220V交流电转换为48V稳定的直流电，为通讯设备供电。设计的主要任务包括：主电源设计。通过计算选择整流器件的具体型号。确定高频变压器变比及容量。辅助电源设计。保护电路设计。指导教师评语及成绩成绩：指导教师签字：年月日目录第1章课程设计目的与要求 11.1课程设计目的 11.2课程设计的预备知识 11.3课程设计要求 1第2章课程设计内容 22.1总体方案论证 22.2开关稳压电源基本框图及说明 22.3主电路设计 32.4全桥软开关电源移项控制 52.5高频变压器变比及容量 7第3章课程设计的考核 103.1课程设计的考核要求 103.2课程性质与学分 10参考文献 10第一章课程设计目的与要求1.1课程设计目的“电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计出具电压稳定的直流电源系统，能够较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌整流电路设计的基本方法。培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。1.2课程设计的预备知识熟悉电力电子技术课程、电机学课程的相关知识。1.3课程设计要求按课程设计指导书提供的课题，根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容：主电路设计。通过计算选择整流器件的具体型号。确定高频变压器变比及容量。辅助电源设计。控制电路设计。6、课程设计总结。7、完成4000字左右说明书，有系统电气原理图，内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。设计技术参数工作量工作计划输入220v单相交流电。稳压输出电48V连续可调。输出电流最大值20A。4、输出功率越1000W。1、主电路设计。2、通过计算选择整流器件的具体型号。3、确定高频变压器变比及容量。4、辅助电源设计5、控制电路设计。6、绘制电路原理图。第一周：周一：收集资料。周二：方案论证周三：主电路设计。周四：选择器件的具体型号。周五：确定变压器变比及容量。第二周：周一～二：控制电路设计周三：辅助电源设计周四～五：总结并撰写说明书。第二章课程设计内容2.1总体方案论证由于开关稳压电源的调整工作于开关状态，导通时管压降很小-截止电流几乎为零，因此工作时管耗很小使开关电源的效率很高，通常在80%左右，而线性电源一般效率低于50%。由于开关电源的开关元件的工作频率很高，通常在几十KHZ至几百KHZ范围，因此电路中所使用的都是高频变压器其体积重量都很小，而且大多数开关电源都省去工频变压器由电网工频直接整流滤波，所以开关电源比同功率的线性电源其体积重量都小得多。由于开关电源的输出电压是由脉冲波形的占空比调节的，受输入电压幅度的影响较小，所以它的稳定范围很宽，对电网电压要求较低一般电网电压从140V--260V开关电源均可工作而线性电源一般允许电网电压波动正负10%，另电网电压频率变化4%时开关电源仍可工作。2.2开关稳压电源基本框图及说明滤波 晶体管滤波 晶体管功率开关整流滤波脉冲宽度调节开关比较放大器基准电压整流采样电路负载电路首先经过滤波电路变成含有一定脉动成分的直流电压，然后进入高频电路。高频变换部分的核心是一个高频功率元件，它将脉动直流电压斩波成高频方波，然后再将这个方波经过整流滤波得到所需的直流电压。通常这里采用一个脉冲宽度调制电路，通过由给定的基准电压与输出直流电压采样信号比较进而控制脉宽调制来控制高频开关元件的开关时间比。2.3主电源设计全桥功率变换器的简化电路，它是大功率DC/DC变换器的理想拓扑之一图中高压开关管S1、S2、S3、S4组成了全桥的四臂，高频变压器T1接在它的中间。相对于桥臂上的一对晶体管S1、S4和另一对开关管上S2、S3分别由驱动电路以脉宽调制方式PWM方式交替导通与断开。也就是说，当对角线晶体管S1、S4在开关脉冲驱动下同时导通饱和的正半周期时，另一对角线晶体管S2、S3均处于截止状态，反之，当对角线开关管S2、S3在脉冲驱动下同时饱和导通另一对晶体管S1、S4则处于截止状态。两对晶体管以PWM方式交替通断，将直流输入电压变换成高频方波交流电压，它们传递到高频变压器的副边，就得到交替通断的方波输出电压。可见全桥变换器的基本电路结构，是由两个推挽功率变换器组成的它们的工作原理基本相同。下图是全桥功率变换器的简化电路与正负半周期工作状态示意图2.4全桥软开关电源移项控制电路UC3875电气特征如下可实现0-100%的占空比控制；实用的开关频率可达2MHZ；两个半桥输出的导通延迟都可单独编程；欠压锁定功能；软启动控制功能；锁定后的过流比较器在整个工作周期内均可重新启动；适用于电压拓扑和电流拓扑；4个2A图腾柱式输出级；10MHZ误差放大器；在欠压锁定期间输出自动变为低电平；启动电流只有150uA；5伏基准电压可调；UC3875软开关电源移项PWM控制集成电路，对两个半桥开关电路的相位进行移动控制，实现半桥功率级的恒频PWM控制，借助开关器件的输出电容充放电，在输出电容放电结束的状态下完成零电压开通。相位控制的特点体现在UC3875的4个输出端分别驱动A/B、C/D两个半桥，都能单独进行导通延时的调节控制，在该死区时间内确保下一个导通管的输出电容放电完毕，为即将导通的开关管提供零电压开通条件。在全桥拓扑下移项控制的优点得到了充分的体现，UC3875在电压模式下电流模式下均可工作，并具有一个独立的过电流关断电路以实现故障的快速保护。由于振荡器的工作频率大于2MHZ，所以整个电路的实际工作频率可达2MHZ。该芯片除了可以在通常方式下工作，还可以通过CLOCK/SYNC引脚，接受外接同步时钟信号，此时，外部时钟频率需大于芯片频率；当不同频率的多个UC3875共同作用与电路时，通过连接CLOCK/SYNC引脚，使它们同步工作于最高频率。芯片的保护功能包括：欠电压锁定，即芯片的偏置电压达到闸值之前，其4个输出端均保持低的有源输出状态；内置的1.5V滞后使工作可靠；具有过电流保护，一旦出现事故该保护电路可在70NS之内关断所有输出端；故障处理可在全周期范围内在启动。该芯片的其它功能包括：带宽超过7MHZ的误差放大器；一个5伏的基准电压；软启动；一个斜坡电压发生器和斜率补偿电路。1000瓦全桥软开关电源的IC控制系统与驱动电路2.5高频变压器变比及容量当1000W全桥软开关电源采用PQ50/50芯片时先给出主功率变压器原边绕组的圈数计算公式和计算过程。考虑到UC3875的最佳工作频率，又因为采用了高频开关特性良好的MOSFET功率管，所以选取开关频率为100KHZ。首先根据功率容量Ap乘积公式来进行估算。为了多留些余地，可再减小主功率变压器的最大工作磁通密度Bm=1000GS,由计算式得到：Ap=Ae*Aq=Pt*10==5.56当最大磁通密度选用1500GS时，功率容量降低到3.7。若开关频率降低到50KHZ，则功率容量乘机增大一倍约11.12，余量就小了。PQ50/50铁氧体磁芯的有效中心柱截面积为Ae=3.1416cm它的磁芯窗口面积为Aq=4.18cm,因此PQ50/50的功率容量乘积为：Ap=Ae*Aq=3.1416*418=13.2可见，在开关频率为100KHZ时，采用PQ50/50铁氧体磁芯做1000W主功率变压器，它的功率容量是合理的。再来计算原边绕组的匝数值：计算方法之一Np==取原边绕组匝数28匝。当最大磁通密度选用1500GS时，则Np=18匝，根据经验判断，这个原边匝数取值过小了。计算方法之二Np=取原边绕组匝数28匝，结果与上式相同。计算副边绕组匝数，计算式：Ns=*NpVop是副边整流滤波输出电压的副值，它由三项数值相加之和：一是考虑脉动值V=5V*15*10%=15+1.5=6.5二是整流器二极管的正向压降，Vd=1.2V直流压降。三是滤波电感的直流压降假设为VL=0.2v。IC控制系统时一般都加上外围分立元件驱动电路，增大驱动电流功率，减小IC功率的温升提高电源整机的可靠性（1000瓦全桥软开关电源的主功率变换器与输出整流滤波电路）。（1000瓦全桥软开关电源变换器的电网输入整流滤波电路与辅助电源电路）课设总结两周的课设结束了从中我收获了很多，基本达到了课程设计的目的。首先我对课本的相关的知识点重新的复习了一遍，而且是带着问题来看的所以效果非常好，将老师以前在课堂讲的东西有了一个更深的认识，对以前似懂非懂的东西弄懂了，并且能更深体会哪个部分是实践中更需要的哪个部分是理论的可以作到心中有数。其次在我做课设的过程中也翻阅了许多相关的书籍使我的眼界有了很大的拓宽，犹如小鱼游入大海，此刻也更感到自己的渺小无知。还有就是我对计算机软件的应用也更为熟练，这是个以外的收获。最后感谢在此次课设中给与我大力支持和帮助的老师和同学。第3章课程设计的考核3.1课程设计的考核要求课程设计采用五级(优、良、中、及格、不及格)评分制。最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定，其中平时考核成绩占20%。3.2课程性质与学分电力电子技术课程设计的课程性质：考查学分：2参考文献[1]王兆安.电力电子技术.第四版.北京：机械工业出版社,2003[2]刘胜利现代高频开关电源实用技术电子工业出版社2001.9[3]石玉.电力电子技术题例与电路设计指导北京：机械工