电力电子技术课程设计.docx

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电力电子技术课程设计

电力电子课程设计报告

课程名称：

电力电子技术课程设计

设计题目：

开关恒流电源设计

专业：

电气工程及其自动化班级：

学生姓名:

学号:

指导教师:

2014年6月18日

1.设计目的

（1）利用图书、论文和网络资源查找相关和相近的信息资料。

（2）至少掌握一种电路设计辅助软件，本课程设计只要求掌握altiumdesinger或protel99se，掌握PCB制板、电路制作工艺。

（3）利用Matlab进行辅助设计分析。

（4）掌握万用表、示波器使用技能。

（5）掌握构建实验和测试条件的方法。

.设计任务

（1）BuckChopper开关电源设计，要求正确选择控制方案，查阅参考资料。

（2）绘制电气控制原理图，包括主电路图，正确选择或设计元器件，订列元器件目录清单；

（3）设计部分工艺图纸（电气控制图，电器元件布置图，安装接线图）；

（4）BuckChopper电源电路原理分析，定量计算。

（5）进行仿真分析。

（6）设计并制作如图1所示开关稳压电源。

图1

（7）BuckChopper电源电路的原理分析，定量计算，学习和运用有关的辅助设计工具，进行相关的设计、制作、调试和测试。

（8）编制完整的设计说明书。

具体设计指标要求：

●输入：

直流90~140Vac。

●输出：

电源恒流350mA，工作电压范围40~60V（任取一合适的值）,纹波电压<1%。

●开关电源的工作频率为20kHz左右。

●采用脉冲宽度调制控制集成电路HV9910。

1.BuckChopper电源电路设计

原理如图1和图2所示。

图2

图3

（1）导通状态

（2）截止状态

（3）输入输出关系

ε称为占空比

2．PWM触发脉冲芯片选型

选择HV9910为PWM触发脉冲芯片。

HV9910是PWM高效率LED驱动IC。

它允许电压从8VDC一直到450VDC而对HBLED有效控制。

HV9910通过一个可升至300KHz的频率来控制外部的MOSFET，该频率可用一个电阻调整。

LED串是受到恒定电流的控制而不是电压，如此可提供持续稳定的光输出和提高可靠度。

输出电流调整范围可从MA级到1.0A。

HV9910使用了一种高压隔离连接工艺，可经受高达450V的浪涌输入电压的冲击。

对一个LED串的输出电流能被编程设定在0和他的最大值之间的任何值，它由输入到HV9910的线性调光器的外部控制电压所控制。

另外，HV9910也提供一个低频的PWM调光功能，能接受一个外部达几KHz的控制信号在0-100％的占空比下进行调光。

器件极限参数

VintoGND......................................................................................-0.5Vto+470V

CS......................................................................................................-0.3Vto0.8V

LD，PWM_DtoGND.......................................................................-0.3Vto（Vdd--0.3V）

GATEtoGND...................................................................................-0.3Vto（Vdd+0.3V）

ContinuousPowerDissipation（TA=+25°C）（Note1）

16-PinSO（derate7.5mW/°Cabove+25°C）................................750mW

8-PinDIP（derate9mW/°Cabove+25°C）....................................900mW

8-PinSO（derate6.3mW/°Cabove+25°C）...................................630mW

OperatingTemperatureRange............................................................-40°Cto+85°C

JunctionTemperature..........................................................................+125°C

StorageTemperatureRange................................................................-65°Cto+150°C

封装信息

图4

5.参数设计

因输出工作电压Vo取50v，输出恒流为230毫安。

输入电压为90-140v，

所以占空比为：

.

当Vs=90时，D=50/90=0.556;当Vs=140时，D=50/140=0.357.所以占空比的变化范围为35.7%-55.6%

验算

满足实验要求。

6.Matlab仿真波形

改变电容大小通过MATLAB仿真所得到的图形如下所示：

L=0.0033H,C=30uf

C=22uf

C=6.8uf

通过改变电容的大小，利用MATLAB进行仿真得出的结果为，改变电容可以改变其纹波电压，当在电路中并入电容时可以使其电路稳定性增加。

改变电路稳定性。

7.原理图设计

原理图设计如图6所示。

图6

8.PCB设计

根据所画出的电路原理图画出PCB图，PCB设计如图7和图8所示：

图7

a

3D图背面3D图正面

图8

9．器件清单

器件清单如表1所示。

表1器件清单

Comment

Description

Designator

Footprint

LibRef

Quantity

CapPol1

PolarizedCapacitor（Radial）

C1

Capacitor22UF

CapPol1

1

Cap

Capacitor

C2,C3

Capacitor

Cap

2

Diode

DefaultDiode

D1

BYV26

Diode

1

Inductor

Inductor

L1

inductor3mh

Inductor

1

Header2

Header,2-Pin

P1,P2

HDR1X2

Header2

2

MOSFET-N

N-ChannelMOSFET

Q1

TO-220

MOSFET-N

1

Res1

Resistor

R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R11,R12,R13,R14

AXIAL-0.4

Res1

12

HV9910

U1

HV9910soic

HV9910

1

10.波形测试

实验参数如表2所示：

表2实验参数对应表

输入电压（V）

输出电流（mA）

门极信号对应图号

CS端检测信号对应图号

占空比

90

230

DS000

DS006

28%

100

223

DS001

DS007

25%

110

217

DS002

DS008

22%

120

215

DS003

DS009

20%

130

213

DS004

DS010

18%

140

213

DS005

DS011

17%

测试波形如下所示：

DS000DS006

DS001DS007

DS002DS008

DS003DS009

DS004DS010

DS005DS011

输入电压在90到140V之间，恒流范围在230到240mA之间，偏差10mA。

从波形图可以看出随着输入电压的升高，HV9910门极输出信号的占空比逐渐减小，CS端信号峰值检测电流信号占空比也随着减小。

实现了信号反馈，基本实现了恒流。

11．总结

通过一个星期紧张而又充实的实训之后，我们的有关恒流源的设计也基本进行完毕。

在这紧张而又的一个星期之内，我们学习了如何利用MATLAB进行仿真，并通过改变电路中原件的参数，来实现改变电路稳定性的功能。

通过对MATLAB操作与应用，让我深刻感受到MATLAB的强大之处，可以对所学习到的理论知识进行实际的操作运用。

并且，在电路图与PCB图转换运用时可以很好的分析电路原理，能够熟练的掌握软件的使用。

在实践中学会如何布线，如何制板和焊接。

在焊接过程之中所存在的问题认真分析，锻炼了我分析问题和解决问题的能力。

在对板子波形进行测试的过程中，对示波器的运用和通过调节电容大小分析波形的变化规律。

在本次设计之中，让我平时所学习的理论知识得以运用，并且通过自己进行测试来锻炼自己的动手能力，从理论实践到实际运用，我感觉到自己的知识还十分有限，在以后的学习中多多加强自己的动手能力。