电力电子技术课程设计.docx

1、电力电子技术课程设计电力电子技术课程设计-PWM控制恒压开关稳压电源 电气工程及其自动化高阳272703218目录：1.封面 Page 12.目录Page 23.课程设计的要求Page 34.课程设计的内容Page 4-Page 65.课程设计所涉及到的电路图以及元件明细表Page 76.总结体会以及参考资料Page 8设计任务和设计要求：1.设计主要技术指标如下：a) 输入直流电源电压：Ui=6V；b) 输出直流电压：Uo=18V；c) 输出直流电流：Imax=0.5A；Imin=0.2A；d) 电压调整率：Sr=0.01；e) 具有过压保护和过流保护功能；f) 具有稳压电源工作显示；2.设

2、计内容a) 升压斩波电路设计和元件选择和计算；b) PWM控制电路选择和相关元件选择和计算；c) 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；广泛收集各种材料；独立思考，刻苦钻研，严禁抄袭；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。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

3、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： 整个系统的硬件部分可分为三部分 主电源回路 PWM控制及驱动部分和采样保护部分 主电源回路是整个系统的主要部分 交流输入电压经一次不可控整流滤波电路平滑滤波后 将得到的直流电压送至 DC-DC 电路 主电源回路主要可分为整流电路和 DC-DC 变换两部分 后者决定了系统功能能否实现及效率的高低 本系统 Boost 电路的电感选择及开关器件的选择与连接都至关重要 决定整个系统的性能 DC-DC 变换的控制可采用 PWM 调制专用芯片 如SG3524 TL494 等芯片内部集成了振荡器 外接电阻电容来决定频率 误差比较器

4、调制器等 使整个系统控制简单稳定性较好 系统过流保护选择用硬件监测的方式 当输出电流超过预设值后可由电路直接发中断给单片机 继电器保护快速动作 可靠性强 实时性好 保护动作后 利用蜂鸣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

5、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

6、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。图（a）为PWM工作原理图。（1）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070。其各引脚功能如图(a)所示，内部框图如图(b)所示。 （a）SG3524的引脚 （b）内部框图 脚9可以通过对地接阻容网络

7、，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

8、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。 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（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。 （2）过压保护和过流保护。 我们为整个系统设计了过流保护，而且有自恢复功能，在此

9、基础上还增加了过压和欠压显示。单片机检测到输出电流超过2.5A时，向SG3524发出过流信号，送至电流检测端-INV，然后SG3524停止工作，使输出回路断开，达到过流保护。由于UIN的范围为18.3V26.1V我们在26.5V过压和14V欠压。（3）DC-DC电路设计与器件选择如图 2 所示 Boost 原理图 当 V 处于通态时 电源 E 向电感 L 充电 充电电流基本恒定为 I1 电容 C 上的电压向负载 R 供电 因 C 值很大 基本保持输出电压为 Uo 恒值 设V 处于通态时间为 ton 此阶段电感上积蓄的能量为 EI1ton 当V 处于断态时 E 和 L 共同向电容 C 充电， 并

10、向负载 R 提供能量。 设 V 处于断态的时间为 toff，则此阶段电感 L 释放的能量为(U0-E)I1toff。 当电路工作于稳态时，一个周期 T 中电感 L积蓄的能量与释放的能量相等，即 EI1toff=(U0-E)I1toff，化简得：U= ton+tofftoffE= TtoffE，由工作原理可知，电感 L、开关管、二极管的选择对 DC-DC 电路工作特性起决定性作用。 为使电路工作在电感电流临界连续模式下， 减小负载电流脉动，且保证功率传递，需要选用大小适中的电感 L，经试验测取 L=1.4mH。本系统采用 IR 公司的 IRF540 功率 MOSFET 芯片，该芯片为 N 沟道功

11、率 MOSFET，耐压为 100V，漏极最大电流为 33A，能满足 DC/DC 转换器在输入电压、开关频率、输出电流及减少损耗上的要求。二极管选用肖特基势垒二极管（SBD）SR360，其正向导通压降只有 0.74V，正向损耗很小，且反相恢复时间短，正向恢复过程不会有明显的电压过冲。 由于其额定电流 3A，裕度不够，故用二个并联。为抑制开关器件过电压和过电流，减小器件开关损耗，开关器件两边都要连接缓冲电路。 系统中 MOSFET 和二极管上都接有 RC 缓冲电路，其中，电阻与电容值的选择与开关频率有关。 设开关频率为 f，电阻和电容为 R、C，则应满足：时间常数 =R*C 1 （3）最后将设计要

12、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，我觉得倒是可以。总结 通过本次试验，提升了自己对PWM的综合理解，并结合了其他的电力电子电路，完成了射界题目，但是在计算方面仍有不足，在今后的学习生活种仍需加强。本次设计，充分的利用了网络的资源，在自己不能理解的问题上，互联网对我有了很大帮助，而且通过和同学们的共同努力，可以说是克服了一些难关而最终获得了阶段性的胜利。这次设计收获很大，对以后的毕业设计和工作都是一个很好的历练，非常感谢老师对我们的辛勤指导！主要参考：王水平 贾静 开关稳压电源原理及设计 人民邮电出版社谢自美 电子线路综合设计 华中科技大学出版社王兆安 电力电子技术 机械出版社孙传友等 测控系统原理与设计 北京航天航空出版社SG3525 常规PWM控制器 中文资料PDF 电子技术论坛 Germanium Power Transistors等