电力电子课程设计直流电子开关.docxVIP

电气工程及其自动化专业《电力电子技术》课程设计说明书 班级：电气142 学号：1410060444 姓名：朱宇恒 设计时间：2016年12月19日至30日 指导教师：陈荣 盐城工学院电气工程系 直流开关电源的设计 一、设计目的 1、 了解一般电力电子技术设计过程、设计要求、应完成 的工作内容和具体设计方法。 2、 培养独立工作的能力与创造力；综合运用专业及基础 知识的能力，解决实际工程技术问题的能力。 3、培养查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力; 工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。 二、设计任务: 设计要求: 1、设计主电路及控制电路，要求主电路为：整流部分 是变压器+单相桥式二极管，大电容滤波，DC/DC变换部分 是GTR降压变换器； 2、选择主电路所有图列原件，并给出清单，标注型号; 3、设计GTR驱动及控制电路; 4、绘制装置总体电路原理图，绘制电路所有点电压、 电流及GTR、D\L两端电压波形（再图上标注A、B、C、…, 然后将所有点波形汇总绘制）； 5、课题仿真，编制设计说明书、设计小结。 主要技术参数 技术参数：装置输入电源为单相工频电源，电压在 160V-270V之间变化，输入电压5V~24V,输出电流5A,输 出纹波电压50mV,工作频率f=4KHZo !1!设计内容 !1! 设计内容 主电路 K开关电源的基本原理 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调整输出电压，开关电 源的基本构成如图所示，DC-DC变换器是进行功率变换的器 件，是开关电源的核心部件，此外还有启动电路、过流与过 压保护电路、噪声滤波器等组成部分。反馈回路检测其输出 电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放大, 控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断 时间，从而调整输出电压。其结构图如图所示。 2、整流电路的选择 整流是将交流电变成脉动直流电的过程。电源变压器输 出的交流电经整流电路得到一个大小变化但方向不变的脉 动直流电。整流电路是由具有单向导电性的元件例如二极 管、晶间管等整流元件组成的。 单相整流电路有两种：电容输入型电路和扼流圈输入型 电路 两种基本电路的比较如下：（1）开关电源多采用脉宽调 制方式，空载时开关晶体管的导通时间非常短。其导通时间 随开关电源的设计方法不同而异，也有采用控制开关晶体管 电路的延时进行的间歇开关工作，这时，若采用扼流圈输入 型整流电路，接近空载时，扼流固变为临界值，逆流电路由 扼梳阂输入型变为业为电容输入型。为此，从满载到空载变 动时，整流输出电压变动较大，空载时有可能进入间歇开关 领域。(2)开关电源的特点是效率高而体积小，若使用扼流 圈时，为提高负载调整率需要接入扼流以及阻尼电阻。⑶ 圈时，为提高负载调整率需要接入扼流 以及阻尼电阻。⑶ 扼流圈可能与次级侧滤波回路产生谐振。 因此，开关电源的输入整流电路采用电容输入型。 单相半波整流电路 单相半波整流电路是最简单的整流电路如图(a)所示, 仅利用一个二极管来实现整流功能，其波形如图(b)所示。 单相半波整流电路的输出电压平均值为:(5为变压器 单相半波整流电路的输出电压平均值为: (5为变压器 副边输出电压的有效值) 1 U产詁冋宀3 =于7455 VTVT VT VT u2d u2 (a)单相半波可控整流电路 单相桥式整流电路 单相半波整流电路的缺点是只利用了电源的半个周期， 输出电流较小，同时整流电压的脉动较大。全波整流电路可 以克服这些缺点，其中最常用的是单相桥式整流电路，它是 由四个二极管接成电桥的形式构成的。可以看到,.四个二极 管分为两组，正负半周轮流导通，但负载上电流方向不变， 此即为全波整流。单相半波整流电路如图(a)所示，其波 形如图(b)所示。 (a)单相桥式整流电路 单相桥式整流电压的平均值为：久.9/（S为变压器 副边输出电压的有效值），比半波整流输出电压高。因此， 整流电路选用单相桥式整流电路。 当”2为正半周并且数值大于电容两端电压c时，二极 管V。和”4管导通，和“3管截止，电流一路流经负载, 另一路对电容C充电。当Uc u2,导致和叫管反向 偏置而截止，电容通过负载放电，/按指数规律缓慢下降。 当卩2为负半周幅值变化到恰好大于匕时，和匕2因 加正向电压变为导通状态，/再次对C充电，/上升到匕 的峰值后又开始下降；下降到一定数值时和S变为截 止，C对负载放电，/按指数规律下降；放电到一定数值时 和叫变为导通，重复上述过程。 输出电压平均值：空载时，放电时间常数为无穷大，输 出电压最大。整流电压平均值d可根据前述波形及有关计 算公式推导得出。空载时 匕二屁2 重载时，R很小，电容放电很快，几乎失去储能作用。 随负载加