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1、 西安石油大学西安石油大学课课 程程 设设 计计电子工程 学院学院 自动化 专业专业自动化自动化 0804 班班题题 目目 开关稳压电源主电路设计 学学 生生 张英杰 指导老师指导老师 张瑞萍 二一一年六月课程设计任务书课程设计任务书题题 目目开关稳态电源主电路设计学生姓名学生姓名张英杰学号学号200805080819专业班专业班 级级自动化 0804设设 计计 内内 容容 与与 要要 求求一一. .设计题目及设计要求设计题目及设计要求1.原始数据及资料（1）输入交流电压：单相 175245V，50Hz；（2）输出直流电压：024V；（3）输出最大功率：500W；（4）开关工作频率：20kHz
2、；（5）输出电压稳定度：0.3%；（6） DC-DC 变换电路效率：=90% 2.设计要求（1）画出开关稳压电源主电路原理图；（2）完成 AC-DC 侧电参数计算；（3）完成 DC-DC 侧电参数计算。起止时间起止时间2011 年年 6 月月 1 日日 至至 20 11 年年 6 月月 5 日日指导教师签名指导教师签名年年 月月 日日 系（教研室）主任系（教研室）主任 签名签名年年 月月 日日学生签名学生签名年年 月月 日日目录目录 一前言二. 原理概述三设计思路1.选择方案2.各模块方案的比较和选择三系统设计与分析1.总体结构图2.主电路的设计3.参数计算一一 前言前言开关电源是一种高效率、
3、高可靠性、小型化、轻型化的稳压电源，是电子设备的主流电源。开关电源的基本作用就是将交流电网的电能转换为适合各个配件使用的低压直流电做供给使用。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。输入电压为 AC220v，50Hz 的交流电，经过变压器，再由整流桥整流后滤波变为直流电，然后通过功率开关管的导通与截止将直流电压变成连续的脉冲，再经输出滤波后变为直流电。开关管的导通与截止由 PWM（脉冲宽度调制）控制电路发出的驱动信号控制。PWM 驱动电路在提供开关管驱动信号的同时，还要实现输出电压稳定的调节、对电源负载提供保护。为此设有检测放大电路、过电流保护及过电压保护等
4、环节。通过自动调节开关管导通时间的比例（占空比）来实现。二二.原理概述原理概述1 .输入整流电路 本电路的任务是为半桥式功率变换器提供一个平滑的直流电压，单相交流电 压通过整流桥后得到直流电，C1,C2,C3 电容组成低通滤波器滤波，去除高频的干 扰。2.半桥式功率变换器从电路图中可以看出，半桥式功率变换器的特点是：它由两只数值相等，容 量较大的高压电容器组成一个分压电路与开关管 V1,V2 组成桥，桥的对角线接变 压器 T1 的一次绕组，故称半桥式功率变换器。当桥臂上下两管 V1h 和 V2 都截 止关断时，由于电容器 C1,C2 的分压作用（C1=C2） ，使两个电容器中点的电压 值等于电
5、网输入直流电压的一半。 根据电路图，如果当上管 V1 的栅极驱动脉冲变为高电平时，则 V1 导通胞 和.此时加在 V2 漏极的高压电源经变压器 T1 的一次绕组，在经 C2 回地，形成 C2 的充电回路。 当 V1 变为截止，V2 尚未导通时，两关中点电压又恢复到接近 1/2 的电源电 压值。当桥臂下管 V2 的栅极驱动脉冲变为高电平时，V2 饱和导通电源电流又经 过 C1 回地,形成 C1 的充电回路。此时 V1 截止，C2 经过 T1 与饱和导通的 V2 组 成放电回路。如果电路参数对称，中点电位在开关过程中将以电源电压一半值为 中心，作指数规律的上升和下降变化。 半桥式功率变换器的工作原
6、理是两路驱动脉冲电压波形，他们相位相差 180 在驱动典雅的轮流开关作用下，半桥变换器的两只功率管交替导通和截止，在变压 器的一次侧产生高压开关脉冲，从而在二次侧感应出交变的方波脉冲，实现功率转 换。 3.高频变压器 高频变压器起到隔离和升压的作用。 4.整流电路 二极管 VD5 和 VD6 组成整流电路，电感 L 与电容 C3 起平稳电流与电压的 作用开关电源的结构 半桥式开关电源的主电路结构由以下几部分构成工频交流 直流三三.设计思路设计思路采用半桥功率变换电路，由于开关频率为 20KHz，故开关器件采用功率 MOSFET，AC 至 DC 侧整流桥使用普通二极管，开关电路的反馈二极管和变压
7、 器二次侧整流二极管均使用快速二极管，电容均使用电解电容。 设计电路图如下整流电路 半桥逆变变压器高频整流滤波器1.ACDC 端参数计算端参数计算 整流二极管承受最大反向压降i22245346.5RMUUVV故整流二极管额定电压 =236931039.5RMUUVV额（）由于滤波电容的存在，整流后变压器一次侧输入电压值1i1.1 1.4UU（）这里我们取 1.2，则一次侧最小输入直流电压1min1.2 175=210U最大输入直流电压1max1.2 245=294U电源最大输出功率为 500w，电源 DC 至 DC 侧转换效率为 90%，则一次侧最大 输入功率为io=5000.9=555.56
8、wP P当一次侧输入电压最小时，一次侧电流最大，故：i 1max 1min555.56=2.65A210PIAU则整流二极管流过的最大电流为1max=1.332DIIA整流二极管的额定电流 0.21LmH根据已知电压电流求出电路虚拟负载LR假设滤波电容为1C由 可得 2LTCR（2-5）1506ufC 故滤波电容 C1 取 400V 1000uf 的电解电容 分压电容根据经验公式取 400V 1000uf 的电解电容 2.DC 至至 DC 侧参数计算侧参数计算功率 MOSFET 管的承受的最大反向压降为346.5rmUV功率管的额定电压 =236931039.5RMUUVV额（）功率管的额定电
9、流1max=3.975A-5.3AI额（1. 5-2）I反馈二极管的额定电压和额定电流均与功率管同值选取 电源输出的最大功率为 500W，电源输出的最大直流电压omax24UV则直流侧输出的最大电流值为o omax o50020.8324PIAAU变压器二次侧，流过二极管的平均电流为d3o20.8310.422IIAA二极管所承受的最大反向电压rmo2 22 22467.68UUV有上式可得 二极管的额定电压和电流为 =23135.36203.04RMUUVV额（）d3=15.6A-20.8AI额（1. 5-2）I电压稳定度为 0.3%，可求出输出电压的波动值oo0.3%=0.072UUV电压
10、的波动值取 0.2omax20%=4.16IIA 输出电路滤波电容的值为=362uf8ICfuA A这里我们选取的滤波电容为 50V 1000uf 输出滤波电感的计算 因为半桥功率转换电路最大占空比不能超过 0.5，所以这里我们去开关电路的最大占空比为max0.45Dmin(1)OU TLDI01 min 1max20.27U NDUN1minmax123.94OUDN NU所以0.21LmH根据公式可求得变压器磁芯的最小截面积0.15oSP220.155003.3Scmcm故磁芯选取型号 E75，其=3.38，=2.16，考虑其饱和磁AcAb7.301AAeAb 通密度，磁通量我们选取 30
11、0mT 变压器一次侧绕组的电感 2 41minmax0.9 245 0.45()5.46 1022 500 20oUDLHHPfk设满载时的峰值电流为，在进行短路保护时的过载电流为，有pIsIminmax22 50011.70.9 245 0.45o pPIAAUD1.315.3spIIA在一次绕组上的储能为 2 10.50.064pWLIJ一次侧绕组的安匝数与所储的电能存在下述关系1 sN I712 10sWN IBS故，取 85 匝184.5N 匝取 22 匝852=21.63.94N匝空气隙1 s0.04=0.149cmN I B四参考文献四参考文献 1 张占松,蔡宣三编著.开关电源的原理与设计.电子工业出版社. 2 叶治政,叶靖国编著.开关稳压电源.高等教育出版社.
