电力电子技术课程设计2Word文档格式.docx

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四、主要参考资料14

五、总结体会14

一、设计任务和设计要求：

1.设计主要技术指标如下：

1输入直流电源电压：

Ui=6V；

2输出直流电压：

Uo=18V；

3输出直流电流：

Imax=0.5A；

Imin=0.2A；

4电压调整率：

Sr<

=0.01；

5具有过压保护和过流保护功能；

6具有稳压电源工作显示；

2.设计内容

1升压斩波电路设计和元件选择和计算；

2PWM控制电路选择和相关元件选择和计算；

3驱动电路的设计和相关元件的选择和计算。

3.总体要求：

熟悉整流电路和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务；

掌握基本电路的数据分析，处理：

描绘波形并加以判断；

能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理；

考虑电流电压反馈电路，空载保护电路，输出保护电路等；

按时完成课程设计任务，认真，正确的书写课程设计报告；

培养实事求是，严谨的工作态度和认真的工作风格。

二、课程设计的内容：

1.明确设计任务：

本次设计任务，关键是选择合适的PWM调制器，这里我们选用SG3524.以及确定好SG3524之后根据课程设计的要求，完成SG3524的链接，确定其他各个元件的参数。

2.设计过程：

开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。

交流电网电压Vn进入输入电路后，经输入电路中的线路滤波器、浪涌电流控制电路以及整流电路，变换成直流电压Vi。

其中线路滤波器及浪涌电流控制电路的主要作用是削弱由电网电源线进入的外来噪声以及抑制浪涌电流，整流电路则完成交流到直流的变换，可分为电容输入型和扼流圈输入型两大类，开关电源中通常采用电容输入型。

功率变换电路是整个开关电源的核心器件，它将直流电压Vi变换成高频矩形脉冲电压Vp，其电路主要由开关电路和变压器组成。

开关电路的驱动方式分为自激式和他激式两大类；

开关变压器因是高频工作，其铁芯通常采用铁氧体磁芯或非晶合金磁芯；

开关晶体管通常采用开关速度高，导通和关断时间短的晶体管，最典型的有功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅型双极晶体管（IGBT）等三种。

输出电路是将高频变压器次级方波电压Vp经过高频整流滤波电路整流成单向脉动直流，并将其平滑成设计要求的低纹波直流电压Vo，供给负载使用。

开关电源按其控制方式分为两种基本形式，一种是脉冲宽度调制（PWM），其特点是固定开关的频率，通过改变脉冲宽度来调节占空比；

另一种是频率调制（PFM），其特征是固定脉冲宽度，利用改变开关频率的方法来调节占空比。

二者的电路不同，但都属于时间比率控制方式，其作用效果一样，均可达到稳压的目的。

目前的开关电源大多数采用PWM方式，。

我们今天就是要用PWM方式设计开关电路。

PWM工作原理图。

图1-1

3.主电路的计算、器件选择与说明：

主电路（图1-4）需要计算VD、V、R、C、L

（1）确定L

由

得到

（4.1.1）

由公式（4.1.1）解得α=0.667

（4.1.2）

得到

（4.1.3）

由公式（4.1.3）得到：

当Io=0.2A时，Lmax=333μH

当Io=0.5A时，Lmin=133μH

所以L应该大于133μH小于333μH，在本课程设计中，选取L=300μH的电感。

利用公式（4.1.2）验算：

Io=0.222A，Io大于0.2A小于0.5A，满足设计要求。

（2）确定C

设计要求电压调整Sr＜0.01。

则由公式：

（4.2.1）

即

（4.2.2）

（如何确定R：

由于Rmin=Uo/Iomax=18/0.5=36Ω，Rmax=18/0.2=90Ω。

）

所以：

（4.2.3）

由公式（4.2.3）得C＞185μF，在本课程设计中，选取C=470μF。

利用公式验算：

Srmax=0.0039满足设计要求。

电容的耐压要选取余量。

选取25V、470μF铝电解电容。

（3）确定V

作为开关器件，V要满足能在高频状态下工作的要求。

本设计的开关频率为10KHz。

可以作为开关器件的电力电子器件种类繁多，如电力MOSFET、GTO、GTR、IGBT等等，本课程设计中，利用NPN型三极管的开关功能，即可实现开关功能。

NPN的开关功能原理如下：

三极管除了有对电流放大作用外,还有开关作用（即通、断作用）,当基极加上正偏压时,NPN型三极管即导通处于饱和状态（要想使管子饱和导通,则应该（NPN型）Ub>

Ue,Ub>

Uc;

（PNP型）Ue>

Ub,Uc>

Ub.）。

图1-2NPN三极管的开关作用

在本课程设计中V要能承受18V（Uo）的电压（5倍预量），bc端至少能承受0.5A的电流（3倍预量），所以应选取能承受100V电压、1.5A电流的三极管，开关三极管（开关三极管是一种饱和与截止状态变换速度较快的三极管，广泛应用于各种脉冲电路、开关电路及功率输出电路中。

）TIP31C正好满足这一要求。

（3）（4）确定VD

由于VD工作在高频状态，所以要选取快速恢复二极管。

快速恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金措施，结构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。

其正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。

从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。

前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100纳秒以下。

在本课程设计中VD应满足能够承受18V的电压（5倍预量），0.5A的电流（3倍预量）。

根据要求，选择MUR810。

其主要参数如下：

VRRM=100V,

Io=8A,封装TO-220AC。

其中，Uo=Ur1+Ur2=Ur2+2.5V=2.5/R1*R2+2.5V，选取R1=R2=R4=2.4K，则R2=15K，VT管采用2N2210，但是因为网上关于2N2210的资料非常少，于是我们采用了2N2212，其β（约等于Hfc）最小值为50，最大值为120，满足放大倍数40-100倍的要求，满足Icm以及Pcm。

13，12脚接1K电阻。

其他参数，标识在电路图中。

在本次任务中，最核心的器件就是SG3524。

SG3524是美国硅通用公司生产的双端输出式脉宽调制器，采用16引脚标准DIP封装，工作频率高于100KHz，工作温度为0℃～70℃。

其各引脚功能如图（1-3）所示，内部框图如图（1-4）所示。

SG3524实物图

图1-3SG3524的引脚

图1-4内部框图

脚9可以通过对地接阻容网络，补偿系统的幅频和相频响应特性。

，对地接电容就可以实现软起动功能。

SG3524具有很高的温度稳定性和较低的噪声等级，具有欠压保护和外部封锁功能，能方便地实现过压过流保护，能输出两路波形一致、相位差为180°

的PWM信号，有效地减少输出电流的纹波。

我们设定的最高的开关频率为120KHz，因为120KHz是比较典型的频率，所以通过公式Fc=1.18/RtCt,可以计算得到Rt为2KHz，Ct为0.1uf，也是经典值。

+5V输出电压经过取样由R1、R2构成的电阻网络分压后获得取样电压，开关电源输出电压经取样后接至误差放大器的反相输入端，与同相端的基准电压进行比较后，产生误差电压，送至PWM比较器的一个输入端，另一个则接锯齿波电压，由此可控制PWM比较器输出的脉宽调制信号。

最后，依次通过或非门、推挽式功率放大和降压式输出电路，获得稳压输出。

整个PWM控制整流开关电路电路图在第13页。

4、反馈电路的设计

电流反馈电路采用电流互感器检测开关管上的电流,原理如图1-5所示。

电流互感器的输出分为电流瞬时值反馈和电流平均值反馈两路,R2上电压反映电流瞬时值,开关管上的电流增大会使UR2增大,当UR2大于1V时，UC3843芯片输出脉冲关断。

调节R1、R2分压比可改变开关管的限流值，实现电流瞬时值的逐周期比较，这属于限流式保护。

输出脉冲关断，实现对电流平均值的保护，这属于截流式保护。

两种过流保护互为补充，使电源更为安全可靠。

采用电流互感器采样使控制电路与主电路隔离，同时与电阻采样相比降低了功耗，有利于提高整个电源的效率。

电压反馈电路如图1-6所示，输出电压通过集成稳压器TL431和光耦反馈到UC3843

（1）脚，调节R1、R2分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。

如果输出电压Uo升高，集成稳压器TL431阴极到阳极的电流增大，使光耦输出三极管电流增大即UC3843

（1）脚对地的分流变大，UC3843输出脉宽相应变窄，输出电压Uo减小。

同样地，如果输出电压Uo减小，可通过反馈调节使之升高。

图1-5电流反馈电路

图1-6电压反馈电路

5、保护电路的设计

图1-7为变压器过热保护电路，R3=R4,NTC为粘贴在变压器上的负温度系数的热敏电阻，常温下RNTC　R2，运放U1构成滞环比较器。

正常工作时，NTC阻值较大，运放U＋<

U－，输出为零；

当温度上升到设定值时，运放U1输出为高电平，送到PWM控制芯片使输出脉冲关断。

图1-8为输出过电压保护电路。

稳压管DZ的击穿电压稍大于输出电压额定值，输出正常时，DZ不导通，晶闸管V门极电压为零,不导通。

当输出过压时DZ击穿，V受触发导通，使光耦输出三极管电流增大，通过UC3843控制开关管关断。

图1-9为空载保护电路。

为了防止变压器绕组上电压过高，同时也为了使电源从空载到满载的负载效应较小，开关稳压电源输出端一般不允许开路。

图1-9中R2　R3,给运放同相输入端提供固定的小电压U＋。

R8为取样负载电流的分流器,当外电路未接负载RL时，R8上无电流,运放反相输入端电压U－=0，因而U＋>

U－，运放输出电压较高，使三极管V1饱和导通，将电源内部的假负载R7自动接入。

当电源接入负载RL时,R8上的压降使U－>

U＋,运放输出电压为零,V1截止,将R7断开。

图1-7变压器过热保护电路

图1-8输出过电压保护电路

图1-9空载保护电路

图1-10输入滤波电路

最后将设计要求中的稳压电源工作显示完成。

稳压电源工作显示是最简单的部分，我个人认为在SG3524的16脚基准电压加上一个比较大的电阻，在加一个发光二极管就可以满足要求，因为二极管一般工作电流为30mA，3.3V，因此选取的电阻足够大并且合适。

三、附录

四、主要参考资料：

王兆安、刘进军等编著，《电力电子技术》，2000，机械工业出版社

SG3525常规PWM控制器中文资料PDF

电子技术论坛

GermaniumPowerTransistors

等等

五、总结体会：

通过本次设计让我知道了自己所学的不足，设计所用的知识所知有限。

让我知道如何利用网络检索需要的文献资料的重要性。

培养了我综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

培养了我运用知识的能力和工程设计的能力。

提高了我课程设计报告撰写水平。

熟悉整流电路和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务；

考虑电流电压反馈电路，空载保护电路，输出保护电路等。

随着电力电子技术的告诉发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。

随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。

我们作为新时代的大学生应该与时俱进，不断地学习新的知识。

争取在自己的专业上有所成就。

指导教师意见：

指导教师签字：

年月日

专业教研室意见：

教研室主任签字：

年月日

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