中频电源电路设计

摘要

随着科学技术的发展以及提高我国国防能力的需要，对军事设施的技术改造已被列为军事技术改造中的重点。中频电源指输出频率为400Hz的电源，它可以为动力系统及导航与武备系统供电。传统的400Hz中频电源体积大，输出波形不稳定。本文所设计的400Hz中频电源通过整流电路、逆变电路、积分电路、放大电路和检波电路及控制其最后的输出电压，实现了电压的稳定输出，具有体积小、功率大和波形无失真等优点，有着广泛的用途和良好的发展前景。

关键词：中频电源，PWM调制，输出变压器

电力电子装置及系统课程设计任务书

一、课程设计的目的

通过电力电子装置及系统的课程设计达到以下几个目的：

1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。

2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。

5、提高学生课程设计报告撰写水平。

二、课程设计的要求

1. 题目

题目：中频电源电路设计

主要技术数据

●输入电压：三相360V～400V，50Hz±5%

●输出电压：单相，220V±2%，400Hz±0.5%

●输出功率：4kW

●输出电流：22A

●功率因数：0.8

二、课程设计的要求

1. 题目

题目：中频电源电路设计

主要技术数据

●输入电压：三相360V～400V，50Hz±5%

●输出电压：单相，220V±2%，400Hz±0.5%

●输出功率：4kW

●输出电流：22A

●功率因数：0.8

●效率：85%

设计内容：

●主电路设计和参数选择

●控制系统及辅助电源电路设计

●电路仿真分析和仿真结果

要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引用说明，否则也不能得优）。

三、课程设计报告基本格式

目录内容：

1. 设计的基本要求

所要设计的装置的主要技术数据

设计装置要达到的要求

最好简述所设计装置的主要用途

2. 系统主电路设计与计算

电路结构设计

开关器件选型与计算

缓冲电路选型与计算

输入输出滤波电路选型与计算

3. 控制电路路设计

控制单片机选型（说明单片机的特点）

检测电路设计

驱动电路设计

保护电路设计

控制方法设计

4. 总结

参考文献

目录

摘要 (1)

第一章绪论 (5)

第二章滤波器 (6)

第三章变压器 (8)

第五章缓冲电路 (10)

第六章主电路 (12)

第七章控制电路 (17)

第八章控制系统及辅助电源设计 (20)

第九章电磁兼容技术和措施 (24)

电路原理图 (28)

参考文献 (30)

第一章绪论

一、中频稳压电源简介

稳压电源（stabilized voltage supply）是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。按照电源的类型可分为交流稳压电源和直流稳压电源两大类；按照开关频率的高低可分为工频稳压电源、中频稳压电源和高频稳压电源。

二、稳压电源发展历史

1955年美国的科学家罗那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子式换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。

60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。

70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。

第二章滤波器

一、滤波器设计

（1）输出滤波器

输出滤波器的作用是减小输出电压中的谐波，并保证基波电压传输。因滤波电容和负载并联，它可以补偿感性电流，但是，滤波电容过大，反而会增加变压器的负担。因此，在设计滤波电路时，首先确定滤波电容的值。设计基本原则就是在额定负载时，使容性电流补偿一半的感性电流。

I C=

psinϕ

2U0cosϕ

=

5000×0.6

2×220×0.8

=8.52A

C=

I C

U ow

=

8.52×106

220×2π×400

μF=11.79μF

f i=(2×18−1)×400=14000Hz

W o=2kHz

f=

1

2π√LC

∴L=0.537mH

折算到原边的电感为L1=(1

k )

2

L=0.905mH

（2）直流滤波电路

本装置中直流滤波电路主要担负低通滤波的作用，滤除三相整流的6脉动波。为了保持母线电压为平稳直流，整流电路必须向滤波电容提供电能。三相全桥整流电路的输出电压和电流脉动频率为300Hz,整流电路向电容补充能量的间隔周期为3. 3ms。

逆变电路的平均输入电流：

I d=

p0

ηU c

=

5000

(0.85×468)

=12.57A

由∆U C=I∆t C⁄可知：

C=I∆t

∆U C

=

12×3.33×10−3

4.5

=8880μF

(其中电容上电压∆U C取4.5V，电容的充电周期∆t=3.3ms)

当用8只4700μF/400电解电容串并联后组成800V，9400μF的电容式，满足要求。