推挽电路课程设计j

一、设计目的1.培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力2.培养学生分析、解决实际问题的能力3.培养学生的创新能力使学生能系统全面的总结所学过的理论知识，掌握各类电力半导体器件所构成的各种功率变换电路，掌握各变换主电路的构成和工作原理，不同负载对电路工作特性的影响以及主电路的元件参数计算与选择等二、设计任务与要求1.设计推挽电路；2.加深对推挽变换电路的理解；3.学会分析推挽电路的各种工作模态，及原边开关管、副边二极管的电压电流参数设计和选取；4.熟悉变换器中变压器复位的基本原理及设计；5.建立硬件电路并进行开关调试； 6.撰写设计报告三、设计思想及设计原理3.1 推挽变换器3.1.1 工作原理图1 推挽变换器图2 推挽变换器主要波形推挽变换器的主要波形如图 2 所示电路如图 1 所示，两个 IGBT 管可看成两个可控制的开关，通过控制开关管 Q1、Q2 的开断可以控制电路的输出变压器的同名端在电路中已经给出，输入的电压值假设为 VQ1 导通时，输入电压加在变压器原边上端绕组上，同时 Q2 关断，其两端承受两倍的输入电压，变压器副边上端绕组电压为 n2V/n1，整流二极管 D1 导通，此期间电源向负载提供能量，电感 L 中的电流逐渐上升。

Q1 关断、Q2 仍未导通，两管同时处于关断状态整流管 D1 中电流逐渐减小，D2 中电流逐渐增大，直到两管中电流相等（忽略变压器激磁电流） ，此时变压器可以看作被短路，两开关管承受电源电压，输出功率由输出电容提供，电感 L 中的电流逐渐下降Q2 导通 Q1 关断时，输入电压加在变压器原边下端绕组上，Q1 承受两倍的输入电压,变压器副边下端绕组电压为 n2V/n1，整流二极管 D2 导通，此期间电源向负载提供能量；Q2 关断、Q1 仍未导通，整流管 D2 中电流逐渐减小，D1 中电流逐渐增大，直到两管中电流相等（忽略变压器激磁电流） ，此时变压器可以看作被短路，两开关管承受电源电压，输出功率由输出电容提供，电感 L 中的电流上升如果 Q1 和 Q2 同时导通的话，就相当于变压器一次绕组短路，因此应避免两个开关管同时导通，每个开关管各自的占空比应不能超过 50%,所以要保留有一定的死区，防止两管同时导通推挽变换器的电路结构简单，是基于单端正激变换器，我们可以把看成两个完全对称的单端正激变换器的组合，但是，推挽变换器比正激变换器输出更大的功率电路中，变压器铁芯双向磁化，铁芯尺寸相同，同时，电路必须有良好的对称性，否则容易引起直流偏磁导致铁芯饱和，磁芯饱和后电路就无法正常工作。

变压器绕组必须紧密耦合，以减小漏感，从而降低功率管的关断电压尖峰，这增大了变压器绕制工艺的要求以及对所用功率器件电压定额的要求另外，电路中输入电流纹波较大，因而滤波器的体积也要较大推挽变换器通常用于中小功率场合，一般使用的功率范围为几百瓦到几千瓦3.1.2 基本关系1、电压传输比 输出电压与输入电压的关系为: nDViO2/D 为单管导通占空比，n 为变压器匝比， 12/2、开关管的电压、电流应力当开关管 Q1 或者 Q2 关断时，开关管上的稳态电压最高是 2Vin当开关管导通时流过开关管的电流是经变压器变换后的负载电流，其有效值为: DnIOQ3、副边整流管的电压电流应力对于副边全波整流结构，副边整流二极管的电压应力是变压器副边单绕组电压的两倍，即 2nVin流过整流管电流的有效值为: DIODR13.2 推挽变换器的参数设计样机的技术指标如下：输入电压：36-75V 直流输入输出电压：10V/10A 直流输出 功率：100W开关频率：100KHz1、主功率变压器的设计 （1）占空比和变压器变比的确定：由于推挽变换器存在直流偏磁问题，为了克服这一缺点，选用电流型控制芯片，以限制流过器件的电流。

控制芯片选用 UC3846,试验中它可以输出最大占空比 D 为 0.45，开关频率设计在 100kHz在输入电压最低为36VDC 时，保证输出电压可以达到 10V由公式：inOV2可得变压器变比 ，考虑到实际电路会有一定的占空比丢失，可38.012以选取变比 n=0.42）磁心的选取根据公式：选择变压器磁心上式中各个参数的单位是：P→W,S→cm,Q→cm,B→Gs，j→A/cm，对于铁氧体磁芯 Kc=1，取 Ku= 0.3选用高频铁氧体材料 R2KBD，其饱和磁密 Bs为5100Gs，B m可以选 Bs=1700Gs结构选为 EE33 型，其有效磁心截面积 S 为311.11cm2，窗口面积 Q 为 1.31cm2由上述公式计算可得： 376.013.0187.012 83 S而 EE33 铁芯的 SQ=1.4541，可以选择 EE33 型磁心3）匝数的设计 对双向矩形脉冲的变压器有 3.4810.72654381021 SmBonTiUN8102jfBPSQUCmO选取原边单绕组为 5 匝根据变比要求，取副边单绕组匝数为 2 匝，即变压器的绕组匝数为：5：5：2：2。

4）绕组的设计 导线中流过交变电流时会产生集肤效应，即导线横截面上的电流分布不均匀，线有效截面积减少，电阻增大在高频工作时，必须加以考虑当开关频率为 100kHz 时，穿透深度 Δ 为： )(2089.158041022673 m导线线径应小于穿透深度的两倍首先计算原副边绕组电流有效值满载工作时，不考虑流过变压器副边 n2和滤波电感的电流纹波，则流过 n2的电流幅值等于流过电感电流的平均值，即负载电流 In，则流过变压器原副边电流的有效值 I1、I 2分别为：347.06maxD.752inAIOmax1Do12.9in22、开关管的选取开关管的最高电压应力是两倍的最高输入电压，即 150V但推挽变换器由于变压器漏感的存在，在开关管关断时有较大的电压尖峰，因此要考虑较大的电压裕量 开关管的电流定额：取 28.1347.06*8.1max(in)ax0(max) oDvpIq可选取 IRFP20 型号的 MOSFET3、副边整流管的选取副边整流二极管承受的最大电压应力为 2nVmax =2×0.4×75=60V，考虑 1.5倍的裕量，可以选取耐压为 100V 的功率整流管。

流过整流二极管的最大电流为为副边绕组的最大电流，考虑 2 倍的裕量AId2.18GSIB2520-E3/45 型号的功率二极管满足要求4、滤波电感的设计(1)电感值设计滤波电感的设计根据变换器的输出额定功率 100W 设计根据最小临界连续电流来选取滤波电感的电感值： (min)ax2OPTofVL其中， ,设 ，代入上式可得： L=8.25uHsTDTof 3.min)5.0(51i可以选取滤波电感值为 10μH2）铁心的选择 选用高频铁氧体材料制成的 EE33 铁芯，其饱和磁密为 5100GsSC=CD=13×9.7=126.1mm Q=(B-C)E=(13.8-13)×23.5=18.8mm初选气隙 δ=1mm，则： 95.710.26410673COSLN选取 N=10 匝 此时 22583.1mLNSCO满载时 AiIOL.72(max)因此： TNIBLo1387.0(ax)max（3）导线的选取在选择导线时可考虑使用多股线，因为导线线径应小于穿透深度的两倍，则可用穿透深度来选择导线穿透深度 Δ=0.20898mm，取 Su1=0.79mm,Su2=3.03mm则 2n98.120.711取uSn所以原边取两股线。

5..322u取所以原边取八股线5、滤波电容的设计滤波电容的设计根据变换器的输出平均功率 100W 设计在输出的直流电压中，包含有高频纹波和很小的二次纹波成分由于高频成分较多，必须选用低阻抗高频电解电容，选取主要依据输出纹波满足要求利用公式： OSECVfLD)2(81max fC01.)0(0167.67.34.max23本变换器中，滤波电容采用 1000μF/25V 的电解电容6、控制电路关键参数设计推挽变换器电路如图 3 所示图 3 推完变换器电路图由于推挽变换器存在着直流偏磁问题，为了克服这一缺点，选用电流型控制芯片，以限制流过器件的电流我们选用 UC3846 作为控制芯片图 4 UC3846 引脚图（1）频率设定 频率由 8 脚 Ct与 9 脚 RT值决定开关频率为 100kHz,内部振荡频率为200kHz，可确定：R =12K,C =1000pF （2）死区时间设定当 RT很大时，t d=145Ct=0.145μs （3）电流信号取样采用电阻取样，将电阻串于输入主电路中，如果取样电阻阻值较大，损耗也会增大，从而影响变压器的效率，因此选用一段阻值为 15mΏ 的康铜丝作取样电阻。

7、隔离电压取样电路的设计采用 TL431 与光藕 4N25 配合构成隔离电压取样电路8、保护电路设计 本变换器设有输入过压保护电路和输出过压保护电路，它们的保护信号经锁存器输入到 UC3846 的第 16 脚4、设计总结：4.1 电路总结由设计分析可知，推挽电路有以下优缺点：优点：推挽电路中变压器双向励磁，变压器一次回路只有一个开关，通态损耗小，推挽电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，开关变压器磁芯利用率高，驱动简单缺点：变压器带有中心抽头，而且开关管的承受电压较高；由于变压器原边漏感的存在，功率开关管关断的瞬间，漏源极会产生较大的电压尖峰，另外输入电流的纹波较大，因而输入滤波器的体积较大由于推挽变换器存在着直流偏磁的问题，为克服这一缺点，选用电流型控制芯片，以限制流过电器的电流所以我们选用 UC3846 电流控制型芯片4.2 心得体会对于这次的电力电子课程设计实习，我们很认真的对待从拿到课题开始查阅资料，设计电路图，分析能否运行，我们努力的去完成我们的课题在小组内我们积极探讨，互相学习，把简单的把理论知识和实践有效的结合起来在遇到问题时我们也主动的询问指导老师，更好更快的解决问题。

总之，这次实习为我接下来的学习和实践打下了一个很好的基础五 参考文献1.张占松，蔡宣三.开关电源原理与设计.北京：电子工业出版社，20002.李飞.模板化航空静止变流器直流变换环节研究.南京航空航天大学硕士学位论文，20043.张方华，王慧贞，严仰光.正激推挽电的 ZCS 方案.电力电子技术，20034.张方华，严仰光.带隔离变压器的 DC/DC 变换器零电流转换方案.中国电机工程学报，20035.赵修科.实用电源技术手册磁性元器件分册.辽宁科学教育出版设，2002电力电子应用课程设计课题：100W 推挽电路的设计班级 电气 1103 学号 1101205504 姓名 肖仁娟 专业 电气工程及其自动化 系别 电气工程系 指导教师 陈万 淮阴工学院电气工程系2013 年 3 月。