1、遼遼 寧寧 工工 業業 大大 學學電力電子技術電力電子技術課程設計（論文）課程設計（論文）題目：題目：全橋型開關穩壓電源設計全橋型開關穩壓電源設計院（系）：院（系）： 電氣工程學院電氣工程學院 專業班級：專業班級： 電氣電氣093093 學學 號：號： 090303073 學生姓名：學生姓名： 郝富文郝富文 指導教師：指導教師： （簽字）起止時間：起止時間：202011-12-26至至2012-1-06 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）課程設計（論文）任務及評語課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室：電氣學 號090303073學生姓名郝富文專業班

2、級電氣093班設計題目全橋型開關穩壓電源設計課程設計（論文）任務課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數實現功能實現功能為通信電子設備提供 48V 穩壓范圍寬、大功率直流電源，以取代低效率、體積笨重的傳統線性穩壓電源。設計任務與要求設計任務與要求1、方案的經濟技術論證。2、整流電路設計。3、逆變電路設計。4、確定高頻變壓器變比及容量；5、通過計算選擇器件的具體型號。6、控制電路設計或選擇。7、繪制相關電路圖。8、在實驗室進行模擬調試或 matlab 仿真。9、完成 4000 字左右說明書。技術參數技術參數1、輸入電壓單相 187 242V。2、輸入交流電

3、頻率 4565HZ。3、輸出直流電壓 48V 恒定。4、輸出直流電流 20A。5 最大功率：1000W。6、穩壓精度：1工作計劃第 1 天：集中學習；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計；第 5 天：逆變電路設計；第 6 天：確定高頻變壓器變比及容量；第 7 天：控制電路設計；第 8 天：系統調試或仿真；第 9 天：總結并撰寫說明書；第 10 天：答辯指導教師評語及成績平時： 論文質量： 答辯： 指導教師簽字： 總成績： 年 月 日注：成績：平時 20% 論文質量 60% 答辯 20% 以百分制計算摘要本實驗介紹了一款基于 PWM 技術的全橋型開關穩壓電

4、源。給出了高頻變壓器、PWM 控制及保護電路的詳細設計方法。用該方法設計了一臺輸出電壓為 48V 的全橋型開關穩壓電源，并給出了實驗波形。 開關電源采用功率半導體器件作為開關器件，通過周期性間斷工作，控制開關器件的占空比來調整輸出電壓。本設計中采用 220v 的交流輸入電壓， 反激式電源采用在 100w 以下的電路，而本電源設計最大功率達到 1000w，輸出地額定電流為20A 左右，系統的控制電路采用高速雙路的 PWM 控制器 SG3525，至于保護電路我才用的是 UC3825 的保護電路。設計采用了 ACDCACDC 變換方案。一次整流后的直流電壓，經過有源功率因數校正環節以提高系統的功率因

5、數，再經全橋變換電路逆變后，由高頻變壓器隔離降壓，最后整流輸出直流電壓。在設計中，首先畫出主電路圖，主電路圖由整流電路、全橋電路組成。全橋電路的開關元件使用的是 MOSFET。并說明其工作原理，再通過基本計算，選擇觸發電路和保護電路的結構以及晶閘管的型號和變壓器的變比及容量，完成本設計的任務。關鍵詞：開關電源；全橋，PWM 控制電路，高頻變壓器 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）1目 錄第 1 章 緒論 .21.1 電力電子技術概況 .21.2 本文研究內容 .2第 2 章 全橋穩壓電源設計 .32.1 全橋穩壓電路總體結構圖 .32.2 全橋穩壓電路具體電路設計 .

6、32.2.1 整流電路設計.32.2.2 逆變電路設計.42.2.3 總電路設計.52.3 高頻變壓器變比及容量 .6圖2.7.92.4 波形圖及其工作原理 .102.5 MATLAB 仿真及其波形 .12第 3 章 課程設計總結 .15參考文獻 .16 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）2第 1 章 緒論1.1 電力電子技術概況電力電子技術這一名稱是在 20 世紀 60 年代出現的。電力電子技術，顧名思義，就是應用于店里領域的電子技術。電子技術包括信息電子技術和電力電子技術兩大分支。電力電子技術就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術，店里變化通常可分為四大類

7、，即交流變直流（AC-DC） 、直流變交流（DC-AC） 、直流變直流（DC-DC） 、交流變交流（AC-AC） 。在我國的學科分類中，電氣工程是一個一級學科，它包含五個二級學科，即電力系統及其自動化、電機與電器、高壓電與絕緣技術、電力電子與電力傳動、電工理論與新技術。電力電子器件的發展對電力電子技術額發展起著決定性的作用，因此電力電子技術的發展史是以電力電子器件的發展史為綱領的。電力電子技術的應用非常廣泛。它不僅用于一般工業，也廣泛應用于交通運輸、電力系統、通信系統、計數機系統，新能源系統等.1.2 本文研究內容開關穩壓電源(以下簡稱開關電源)問世后，在很多領域逐步取代了線性穩壓電源和晶閘管

8、相控電源。早期出現的是串聯型開關電源，其主電路拓撲與線性電源相仿，但功率晶體管工作于開關狀態。隨著脈寬調制(PWM)技術的發展，PWM 開關電源問世，它的特點是用 20kHz 的載波進行脈沖寬度調制，電源的效率可達 65%70%，而線性電源的效率只有 3040。因此，用工作頻率為 20 kHz 的 PWM 開關電源替代線性電源，可大幅度節約能源，從而引起了人們的廣泛關注，在電源技術發展史上被譽為 20kHz 革命。 隨著超大規模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多；而航天、潛艇、軍用開關電源以及用電池的便

9、攜式電子設備(如手提計算機、移動電話等)更需要小型化、輕量化的電源。因此，對開關電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。此外，還要求開關電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。這一切高新要求便促進了開關電源的不斷發展和進步。 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）3第 2 章 全橋穩壓電源設計2.1 全橋穩壓電路總體結構圖如圖 2.1圖 2.1 全橋穩壓電路總體結構圖電流經過整流后變成直流，在經過高頻逆變到交流，在經過高頻整流到直流，最后經過濾波得到所要的直流。2.2 全橋穩壓電路具體電路設計2.2.1 整流電路設計如圖 2.2 所示。 遼 寧 工 業

10、 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）4圖 2.2 整流電路2.2.2 逆變電路設計如圖 2.3 所示。圖 2.3 逆變電路如圖 2.3，采用電壓型逆變電路，它有四個橋，可以看成由兩個半橋電路組合而成。把橋臂 1 和 4 作為一對，2 和 3 作為另一對，成對的兩個橋臂同時導通，兩隊交替各導通 180 度。其特點：直流側為電壓源，或并聯有大電容。交流側輸出電壓波形為方波，逆變橋各臂都并聯了反饋二極管。 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）52.2.3 總電路設計圖 2.4 全橋型開關穩壓電源設計總電路圖圖 2.5驅動電路 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計

11、說 明 書 （論文）6電流經過整流后變成直流，在經過高頻逆變到交流，在經過高頻整流到直流，最后經過濾波得到所要的直流，再傳給負載。下半部分是驅動電路，1 2 3 4 號接口分別與上圖的 1 2 3 4 號接口相連。2.3 高頻變壓器變比及容量當 1000W 全橋軟開關電源采用 PQ50/50 芯片時先給出主功率變壓器原邊繞組的圈數計算公式和計算過程。考慮到 UC3875 的最佳工作頻率，又因為采用了高頻開關特性良好的 MOSFET 功率管，所以選取開關頻率為 100KHZ。 （如圖 2.6）首先根據功率容量 Ap 乘積公式來進行估算。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

12、=1000GS,由計算式得到：Ap=Ae*Aq=Pt*10=5.56KmKcfBmPt210*61*5 . 0*2*1000*10*100*9 . 0*210*100036 當最大磁通密度選用 1500GS 時，功率容量降低到 3.7。若開關頻率降低到50KHZ，則功率容量乘機增大一倍約 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2為 Aq= 4.18 cm ,因此 PQ50/50 的功率容量乘積為： 2 Ap=Ae*Aq=3.1416*418=13.2 可見，在開關頻率為 100KHZ 時，采用 PQ50/50 鐵氧體磁

13、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值： 計算方法之一 Np=fBmAeVin410max*815.271416. 3*1000*10*100*410*31438 取原邊繞組匝數 28 匝。當最大磁通密度選用 1500GS 時，則 Np=18 匝，根據經驗判斷，這個原邊匝數取值過小了。 計算方法之二 Np=136.2716.314*1 . 0*210*10*5*341210*max666BmAeTonVin 取原邊繞組匝數 28 匝，結果與上式相同。 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）7計算副邊繞組匝數，計算式： Ns=*Np

14、maxVinVop Vop 是副邊整流濾波輸出電壓的副值，它由三項數值相加之和：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為 VL=0.2v。IC 控制系統時一般都加上外圍分立元件驅動電路，增大驅動電流功率，減小 IC 功率的溫升提高電源整機的可靠性圖 2.6 高頻變壓器 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）8 圖 2.7電網輸入整流濾波電路 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）9 圖 2.8 輔助電源電路 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說

15、 明 書 （論文）102.4 波形圖及其工作原理波形圖如 2.9 所示圖 2.9 單項橋式全控整流電路帶電阻負載時波形工作原理第一階段（0WT）:這階段 U2 在正半周期，a 點電位高于 b 點電位晶閘管 VT1 和VT2 方向串聯后與 U2 連接，VT1 承受 U2/2，VT2 承受 U2/2 的反向電壓；同樣VT3 和 VT4 反向串聯后與 U2 連接，VT3 承受 U2/2 的正向電壓，VT4 承受 U2/2 的反向電壓。雖然 VT1 和 VT3 受正向電壓，但是尚未觸發導通，負載沒有電流通過。 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）11第 2 階段（WT3.14）

16、：在 WT1 時同時觸發 VTI 和 VT3，由于其受正向電壓而導通，電流由 a VT1 R VT3 b 點形成回路。在這段區間里，ud=u2,id=ivt3=ud/R.由于 VT1 和 VT3 導通，忽略管壓降，UVT1=UVT2=0。第 3 階段（3.14WT2）：從 WT=3.14 開始 U2 進入了負半周期，b 點電位高于 a 點電位，VTI 和 VT3 由于受反向電壓而關斷，這是所有 VT都不導通各晶閘管承受 U2/2 的電壓，但 VT1 和 VT3 承受的是反向電壓，負載沒有電流流過，ud=0，id=i2=0。第 4 階段（WT23.14）：在 WT2 時，U2 電壓為負，VT2

17、和 VT4 受正向電壓，觸發VT2 和 VT4 導通，有電流經過 b VT2 R VT4 a 點，在這段時間里，ud=u2,id=ivt2=ivt4=i2=ud/R。由于 VT2 和 VT4 導通，VT2 和 VT4 承受 U2 的負半周期電壓，至此一個周期電壓，至此一個周期工作完畢，下一個周期，重復上述過程單相橋式整流兩次脈沖間隔 180 度。2.5 MATLAB 仿真及其波形圖 2.10 仿真電路圖 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）12延遲角 30 度，如圖 2.11 所示。 圖 2.11 延遲 30波形延遲角 60 度，如圖 2.12 所示。 圖 2.12 延

18、遲 60波形 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）13延遲角 90 度，如圖 2.13 所示。 圖 2.13 延遲 90波形 延遲角 120 度，如圖 2.14 所示。 圖 2.14 延遲 120波形 遼 寧 工 業 大 學 課 程 設 計 說 明 書 （論文）14第 3 章 課程設計總結課設結束了從中我收獲了很多，基本達到了課程設計的目的。首先我對課本的相關的知識點重新的復習了一遍，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踐中更需要的哪個部分是理論的可以作到心中有數。其次在我

19、做課設的過程中也翻閱了許多相關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軟件的應用也更為熟練，這是個以外的收獲。通過這次電力電子技術設計，讓我們有機會將課堂上所學的理論知識運用到實際中，并通過對知識的綜合運用，進行必要的分析、比較。從而進一步驗證了所學的理論知識。同時，這次課程設計，還讓我知道了最重要的是心態、耐心還有細心，在剛開始會覺得困難，但是只要充滿信心，就肯定會完成的。我加深了對課本專業知識的理解，平常都是理論知識的學習，在此次課程設計過程中，我更進一步地熟悉了單相交流調壓電路的原理和觸發電路的設計。當然，在這個過程中我也遇到了困難，查閱資料，相互通過討論。我準確地找出了我們的錯誤并糾正了錯誤，這更是我們的收獲，不但使我們進一步提高了我們的實踐能力，也讓我們