2022年电力电子课程设计方案sg脉宽调制高频开关稳压电源 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第 1 章概述 - 3 -第 2 章系统总体方案- 5 -2.1 高频开关稳压电源的基本原理- 5 -2.2 高频开关稳压电源总方案- 5 -2.3 高频开关稳压电源的组成电路及功能- 6 -2.3.1 主电路 - 6 -2.3.2 掌握电路 - 7 -2.3.3 爱护电路 - 8 -2.3.4 驱动电路 - 8 -第 3 章 主电路设计 - 9 -3.1 主电路形式挑选- 9 -3.2 高频变压器的参数- 9 -3.2.1 原副边电压比 n- 9 -3.2.2 磁芯的选取及变压器的结构- 9 -3.2.3 变压器初、次级匝数 - 10 -3.

2、2.4 确定绕组的导线线径和导线股数- 10 -3.3 开关管的挑选- 11 -第 4 章 掌握电路设计- 12 -4.1 主电路 - 12 -4.2 掌握电路的设计- 12 -4.2.1SG3525 结构和功能介绍 - 12 -4.2.2 掌握电路的设计 -13-4.3 驱动电路的设计- 14 -第 5 章系统性能测试与结果- 16 -5.1 负载调整率测试- 16 -5.2 电压调整率测试- 16 -5.3 效率测试 - 17 -5.4 输出纹波电压及噪音测试- 17 -第 6 章心得体会 - 18 -附录：总电路图- 19 -参考文献 - 20 -电气与信息工程系课程设计评分表- 21

3、- 1 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 1 章 概 述电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域, 没有它的存在,现代的各种电力设备和给我们生活带来便利的各种电器将不行能实现；有 相当一部分设备和电器是使用直流电的,而接入家庭的是都是沟通电,这就需要电源转换成所需的直流电；各种AC-DC电源中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻等突出优点而得到了广泛 应用；高频稳压电源要求高功率密度,外型尺寸小,高效率,高牢靠性,高功率因数,以及智能化,低成本,EMI小,可制造性,分布电源结构等；

4、现在功率 MOSFET和 IGBT己完全取代功率晶体管和中小电流的晶闸管,使开关电源的高频化有了可能: 器件的工作频率可达400KHzAC-DC开关变换器 和 1MHzDC-DC开关变换器 ,超快复原功率二极管和MOSFET同步整流技术的开发,也为研制高效,低电压输出 U的开关电源制造了条件；电源按硬开关模式工作时开关损耗大,高频化可以缩小电源的体积重量,但开关的损耗更大了. 为此讨论开发出开关电压/ 电流波形不交叠的技术,即零电压ZVS / 零电 ZCS软开关技术,有效的提高了开关电源的效率 例如在九十岁月中期 30A/48V 开关整流器模块采纳移相全桥 ZVS-PWM技术后,仅重 7kg；

5、比用 PWM技术的同类产品,重量下降 40%.最近国外小功率AC-DC开关电源模块 48/12V 总效率可达到%；48/5VAC-DC开关电源模块的效率可达到 92-93%,二十世纪末,国产的 50-100A 输出,全桥移相 ZV-ZCS-PWM开关电源模块的效率超过 93%. 电流型掌握及多环掌握已得到较普遍应用,电荷掌握,一周期控制,数字信号处理器 DSP掌握等技术的开发及相应专用集成掌握芯片 的研制,使电子电源动态性能有很大提高,电路也有大幅度简化；电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域- 2 - / 20 ,在现代的各种电力名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20

6、 页精选学习资料 - - - - - - - - - 设备中都得到里广泛的应用；特殊是在小型及各种家用电器和电子设备中大量使用了各种 ACDC 转化电路,其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻等突出优点而得到最为广泛的应用；本课题是设计一种基于 电源电路；SG3525 PWM 掌握芯片为核心构成的高频开关SG3525 芯片能同时满意较好的电气性能和较低的成本 ,因而被广泛用于小功率开关电源；用其作为PWM 掌握芯片组成的电路具有结构简单、体积小、简洁实现的特点；试验说明由该 PWM 掌握芯片掌握的开关电源的性能可同集成稳压器媲美 ,效率比线性稳压电源高 ,有很好的发展前景；电

7、子电源微处理器监控,电源系统内部通信,电源系统智能化技术以及电力电子系统的集成化与封装技术；总之,开发高功率密度,高效率,高性能,高牢靠性以及智能化电源系统仍旧是今后开关电源技术的进展方向 . - 3 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 2 章 系统总体方案2.1 高频开关稳压电源的基本原理高频开关稳压电源是需要直流电设备中常用的AC-DC转换电源,它的作用是把公网上的 220v 沟通电转换成适用的直流电；公网上的工频 交 流 电 先 整 流 滤 波 为 固 定 直 流 , 通 过 功 率 变 换

8、式中: CT , RT 分别是与脚 5、脚 6 相连的振荡器的容和电阻； R d 是与脚 7 相连的放电端电阻值；此处 CT 、RT 、R d 分别为图中的 C53、R47、R48,取值分别为 2200p、10k、100,即频率 62khz；管脚 8 接一个电容的作用是用来软启动,削减功率开关管的开机冲击； 1 和 14 脚输出采纳图腾柱输出 , 本电路采纳外- 6 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 加驱动隔离电路,增强驱动才能和电源的牢靠性；2.3.3 爱护电路爱护电路是开关电源中必不行少的补充,在

9、这个电路中采纳了输入过流爱护、输出过流爱护、过热爱护等；输入过流爱护是通过在原边主电路中串入小磁环,小磁环感应电压输出经过整流桥将电流信号转为电压信号 式中 V 为电路中的压降,一般取 2V ,取 Vimin 130V,代入上式得 n0.42 3.2.2磁芯的选取及变压器的结构目前变压器较为简洁常用的设计方法是 Ap 法；可依据下面公式选取合适的磁芯：AP=AeAW Pt/2f Bk cj） 式中, Ae 为磁芯截面积； Aw 为磁芯的窗口截面积； Pt 为变压器传输的总功率； f 为开关频率；B 为磁芯材料所答应的最大磁通摆幅；kc 为绕组的窗口填充系数j 为导线的电流密度；在这里有PT=8

10、00 11/0.85）, 0.85 为效率,里 B 取 0.2T, kc 取 0.4,j 一般取 4A/mm2 ；查有关磁芯手册,查得EE55 磁芯,其Ae=353mm2,Aw=280mm2,就其 Ap=98840mm4；考虑到留有肯定的裕量使电源更可靠地工作,这里采纳两个磁芯组合而成；由于变压器传输的功率较大,寄生参数对其影响很大；所以变压器的绕制方法很重要,否就会引 起变压器的性能下降；为了减小漏感,这里采纳三明治绕法；同时,为 了减小高频噪音和变压器的分布电容,原副边之间加入屏蔽层；- 8 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 20 页精选学习资料 - -

11、 - - - - - - - 3.2.3 变压器初、次级匝数为了保证在任何条件下磁芯不饱和,设计时应依据最大伏秒面积运算匝数；由于电路中电压的波形都是方波,所以最大伏秒面积的计算可以简化为电压和脉冲宽度的乘积；通常运算二次侧最大伏秒面积较为便利；对半桥电路有： N2=vo/2BAefs ） ,N1 =n N2 代入数值运算得,变压器的次级匝数为 30.6 匝,实际电路中取 35 匝,由原副边电压比 n 可运算得到变压器的初次级匝数为 15 匝；3.2.4 确定绕组的导线线径和导线股数在选用绕组的导线线径,要考虑导线的集肤效应；为了更有效的利用导线,减小集肤效应的影响,一般要求导线线径小于两倍穿

12、透深度 ,即应选用线径r 小于2 0.42mm2 的铜导线 1 ；在此采纳0.31mm 线 径 的 导 线 多 股 并 绕 ； 原 、 副 边 导 线 的 截 面 积 分 别 为 ：AC1=Iomax/jn=4/4=0.428mm2 , AC2=Iomax/j=4/4=1mm2 单股线面积 为： 3.14 0.31 0.31/4=0.0754mm2运算原边和副边的导线股数分别为：1/0.0754=13.26 股） ,0.428/0.0754=5.67股）3.3 开关管的挑选沟通输入电压的最大值为260V,整流滤波后的直流电压的最大值为 368V；所以功率开关管关断时最大漏极电压为 368V,应

13、挑选耐压在600V以上的功率开关管；第 4 章 掌握电路设计4.1 主电路 半桥式开关电源主电路如图 1 所示；图中开关管 Q1、- 9 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - Q2 选用 MOSFET, 由于它是电压驱动全控型器件,具有驱动电路简洁、驱动功率小、开关速度快及安全工作区大等优点；半桥式逆变电路一个桥臂由开关管 Q1、Q2 组成, 另一个桥臂由电容C6、C7 组成；高频变压器初级一端接在 C6、C7 的中点 , 另一端接在 Q1、Q2 的公共连接端 , Q1、Q2 中点的电压等于整流后直流电压

14、的一半,开关 Q1、Q2 交替导通就在变压器的次级形成幅值为 V i/2 的沟通方波电压；通过调剂开关管的占空比 , 就能转变变压器二次侧整流输出平均电压 V o；Q1、Q2断态时承担的峰电压均为V i,由于电容的隔直作用,半桥型电路对由于两个开关管导通时间不对称而造成的变压器一次电压的直流重量具有 自动平稳作用,因此该电路不简洁发生变压器偏磁和直流磁饱和的问题,无须另加隔直电容变压器原边并联的R2、C5 组成 RC 吸取电路,用来吸取高频尖峰；得留意的是,在半桥电路中,占空比定义为 2：D=2ton/Ts 图 1 开关电源主电路- 10 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -

15、第 10 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.2 掌握电路的设计掌握电路的核心是依据反馈掌握原理,将期望输出电压信号与实 际输出电压信号进行比较,利用误差信号对功率开关器件的导通与关断 比例进行调剂,从而实现实际输出电压维护在期望输出电压邻近的目 标；本课题选用 SG3525芯片做集成掌握器；4.2.1SG3525结构和功能介绍 PWM 掌握芯片 SG3525 详细的内部引脚结构如图 1 及图 2 所示；其中脚 16 为 SG3525 的基准电压源输出,精度可以达到 ；脚 1 及脚 2 分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端；该放大器是一个两级差分放

16、大器,直流开环增益为 70dB 左右； 依据系统的动态、静态特性要求,在误差放大器的输出脚 适当的反馈补偿网络；S1IN-VRET162IN+VI153SYNCOU TB144OSCVCC135CTGN D126RTOU TA117DISSD108SSCOMP9- 11 - / 20 9 和脚 1 之间一般要添加名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.2.2 掌握电路的设计掌握电路是开关电源的核心部分,掌握环节的好坏直接影响电路的整体性能,在这个电路中采纳的是以SG3525 芯片为核心的掌握电路；如图 2 所示 ,

17、采纳恒频脉宽调制掌握方式；误差放大器的输入信号是电压反馈信号 ,是由输出电压经分压电路猎取,与一般误差放大器的接法不同的是该电压反馈接成射极跟随器形式,反馈信号比较精确,因而 可以精确地掌握占空比调剂输出电压,提高了稳压精度；SG3525 芯片振荡频率的设定范畴为100 500 kHz, 芯片的脚 5 和脚 7 间串联一个电阻 Rd 就可以在较大范畴内调剂死区时间；SG3525 的振荡频率可表示为 2 ：f s =1/CT 0.7RT + 3R d 式中: CT , RT 分别是与脚 5、脚 6 相连的振荡器的电容和电阻； R d 是与脚 7 相连的放电端电阻值；此- 12 - / 20 名师

18、归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 处 CT 、RT 、 R d 分别为图中的C53、 R47、R48,取值分别为2200p、10k、100,即频率为 62khz； 管脚 8 接一个电容的作用是用来软启动, 削减功率开关管的开机冲击；11 和 14 脚输出采纳图腾柱输出 ,本电路采纳外加驱动隔离电路,增强了驱动才能和电源的牢靠性；爱护电路是开关电源中必不行少的补充,在这个电路中采纳了输入过流爱护、输出过流爱护、过热爱护等；输入过流爱护是通过在原边主电路中串入小磁环,小磁环感应电压输出经过 信号 沟通输入电压220V,输

19、出电流为50%Io 时,测出稳固的直流输出电压值 Uo；2调整负载电流为 值 Uo1,Uo2 100%Io 与10%-15%Io,测出稳固的直流输出电压3运算 100%Io与10%-15%Io条件下电压调整率 1=Uo1-Uo/Uo100% 2=Uo2-Uo/Uo100% 5.2 电压调整率测试1定义：反映沟通输入电压变化对输出电压的影响；又称电压调整率；2测试方法：1沟通输入电压 220V,输出电流为满载时,测出稳固的直流输出电压 值 Uo；2 调整沟通输入电压为 Uo1,Uo2 180V,260V,测出稳固的直流输出电压值3运算 180V,260V条件下电压调整率 1=Uo1-Uo/Uo1

20、00% 2=Uo2-Uo/Uo100% 5.3 效率测试1内容：测试不同沟通输入电压,不同负载条件下电源效率 2测试方法：1 沟通输入电压90V, 160V, 220V, 260V,输出电流为100%Io,30%Io,空载时,测出对应的稳固的直流输出电压值 入功率 Pin ；Uo与对应的沟通输2运算效率 =Po/Pin 100%=UoIo/Pin 100% - 15 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5.4 输出纹波电压及噪音测试1、测试条件：沟通输入电压 220V,输出满载；2、测试方法：测试时,

21、示波器 TIME/DIV 档置 10uS/div ,带宽置20MHz,读取示波器显示的输出电压峰- 峰值即为输出纹波电压 包含毛刺在内的峰 - 峰值为纹波 +噪音；依据以上设计,采纳SG3525输出电压为 24V,电流为 10A的高频开关稳压电源的性能进行了测试；实测结果说明,该开关电源的纹波电 压掌握、电压调剂精度及电源工作效率都符合设计要求；第 6 章 心得体会在电子设备中电源是其中重要组成部分之一,它负责给主电路供应 稳固牢靠的电力,没有一部高质量的电源,电子设备就不能更好的工 作；在现实生活中单相电的使用特别广泛,大量的电子设备中都有单相 AC-DC 转换电路；它运用功率变换器进行电能

22、变换,经过变换电能,可以满意各种用电要求,其高效节能简洁牢靠的特点使其得到了广泛的 应用；其中高频开关电源在重量、体积和效率等方面具有较强的优势,被广泛应用于以电子运算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所 有的电子设备；这次课程设计我设计完成了基于SG3525 的脉宽调制高频开关稳压电源的设计；这是一个以前学习中没有接触过的芯片,而且电路的设计 中仍要有各种爱护和检测电路,可以说是比较复杂的；对我来说是个难 得的机会；第一通过查找 SG3525 和电路范例的过程扩展了自己的视野,在网 络时代里,我们应当有效的利用好这一资源；它不仅可以给我们供应丰 富的资料,仍给我们供应了一个高效便利的平台

23、；这次的课程设计的完 成,网络供应了很大的助力；其次 , 这次课程设计 ,我独立运用所学电力电子学问完成了系统设 计；为了完成好这个课程设计,我查阅了大量关于开关电源方面的书籍 及相关论文；通过做这些工作锤炼了我学问总结的才能,增强了我应用 电力电子学问解决实际问题的才能,更提高了自己分析问题和解决问题- 16 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 的才能；第三 , 通过这次课程设计,让我进一步懂得了设计工作,加强了对 产品安全和爱护的明白；提高了我的实践与操作才能；虽然设计的过程 是艰辛的,但收成更加

24、丰富；总而言之,此次课程设计我学到了好多平常在课堂上学不到的东 西,开拓了视野,增加了我的学问运用才能,更增强我的独立设计能 力在此,仍要向各位指导老师致以真诚的感谢！- 17 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附录： 总电路图GNDQ5Q3PLPR63R64R49D23D21625C191T2D19D18+12vR50Q7SG35258-+R70C54D8C51DZ1Q64Q4C52R48C53C58R46R47321D22D207654SSDISRTCTOSCSYNCIN+IN-SDCOMPOU

25、TA GND VCCVIVRETOUTB3910111213141516R27R25R45R44R43 VrefC55C56R28 OUTB OUTAR26C4Q1Q2FU2C6 C7R4C5R2R3T1C9D2C8D1C11R7C10R5D4D3R11R9L2C14- 18 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电气信息学院课程设计评分表项目10%）优良评中价及格差设计方案合理性与制造性硬件设计及调试情形设计说明书质量20%答辩情形 10% 完成任务情形 10% 独立工作才能 10% 出勤情形 10% 综 合 评 分- 19 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 指导老师签名： _ 日 期： _ 注：表中标 *号工程是硬件制作或软件编程类课题必填内容；此表装订在课程设计说明书的最终一页；课程设计说明书装订次序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件 非 16K大小的图纸及程序清单）；- 20 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 20 页