中国石油大学 电力电子课程设计

电力电子课程设计报告

班级：电气1201班

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目录

一、课程设计的目的

二、课程设计的要求

三、课程设计的原理

四、课程设计的思路及参数计算

五、电路的布局与布线

六、调试过程遇到的问题与解决办法

七、课程设计总结

一、课程设计的目的

（1）熟悉Power MosFET的使用；

（2）熟悉磁性材料、磁性元件及其在电力电子电路中的应用；

（3）增强设计、制作和调试电力电子电路的能力。

二、课程设计的要求

本课程设计要求根据所提供的元器件设计并制作一个小功率的反击式开关电源。

电源输入电压：180V

电源输出电压电流：11V/1A 9V/1A

电路板：万用板手焊。

三、课程设计原理

1、引言

电力电子技术有三大应用领域：电力传动、电力系统和电源。在各种用电设备中，电源是核心部件之一，其性能影响着整台设备的性能。电源可以分为线性电源和开关电源两大类。

线性电源是把直流电压变换为低于输入的直流电压，其工作原理是在输入与输出之间串联一个可变电阻（功率晶体管），让功率晶体管工作在线性模式，用线性器件控制其“阻值”的大小，实现稳定的输出，电路简单，但效率低。通常用于低于10W的电路中。通常使用的7805、7815等就属于线性电源。

开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小），所以开关电源具有能耗小、效率高、稳压范围宽、体积小、重量轻等突出优点，在通讯设备、仪器仪表、数码影音、家用电器等电子产品中得到了广泛的应用。反激式功率变换器是开关电源中的一种，是一种应用非常广泛的开关电源。

2、基本反激变换器工作原理

基本反激变换器如图1所示。假设变压器和其他元件均为理想元器件，稳态工作下。

图1 反激变换器的原理图

电路工作过程如下：当M1导通时，它在变压器初级电感线圈中存储能量，与变压器次级相连的二极管VD 处于反偏压状态，所以二极管VD 截止，在变压器次级无电流流过，即没有能量传递给负载；当M1截止时，变压器次级电感线圈中的电压极性反转，使VD 导通，给输出电容C 充电，同时负载R 上也有电流I 流过。M1导通与截止的等效拓扑如图2所示。

（A ）

（B ）

图2 反激变换器的两种工作状态

反激变换器的工作过程大致可以看作是原边储能和副边放电两个阶段。原边电流和副边电流在这两个阶段中分别起到励磁电流的作用。如果在下一次M 导通之前，副边已经将磁路的储能放光，即副边电流为零，则称变压器运行于断续电流模式（DCM ），反之，则在副边还没有将磁路的储能放光，即在副边电流没有变为零之前，Q 又导通，则称变压器运行于连续电流模式（CCM ）。通常反激变换器多设计为断续电流模式（DCM ）下。

当变换器工作在CCM 下时，输出与输入电压、电流之间的关系如下：

U O =M U g ， I g =M I a ， 其中M =)1(D N D -, N =N N S

p 。 当变换器工作在DCM 下时，上述关系仍然成立，只不过此时的增益M 变为：

M =U U g o =K D ,K =R f L s m 2

1D - 可以看出，改变开关器件Q 的占空比和变压器的匝数比就可以改变输出电压。

3、反激变换器的吸收电路:

由于在实际中反激变换器存在各种寄生参数，如变压器的漏感，开关管的源漏极电容。在这种情况下，反激变换器是不能可靠工作的。所以为了让磁通可靠复位，加了RC 吸收电路。其图如下所示：

（a ）

（b ）

图3 吸收电路

4、反激变换器的系统结构

反激式变换器的系统结构示意图如图所示。由图中可以看出，一个AC 输入DC 输出的反激式变换器主要由如下五个部分组成：输入电路、变压器、控制电路、输出电路和吸收电路。输入电路主要包括整流和滤波，将输入的正弦交流电压变成直流，而输出电路也是整流和滤波，是将变压器副边输出的方波电压单向输出，且减少输出电压的纹波。所以，反激变换器的关键在于变压器和控制电路的设计。这也是本次课程设计的重点。

图4 反激变换器的系统结构简图

四、课程设计的思路及参数计算

在本次实习中提供的变压器的铁芯是EE28铁氧体铁芯，其在25摄氏度的磁导

率为T B 5.025max_=，铁芯的初始磁导率为02300u 。

变压器选择的相关参数包括：原副边匝数比、原边匝数、副边匝数和气隙，本

次试验中用到的变压器的绕组的漆包线已经给定，无需选择。

（1）根据输入的最高直流电压和开关管Q 的耐压确定原副边匝数比：

U g =U 24.1=1.4⨯220=308V ,U Q =600V ,η=80% 。

N N

s p =()13.13.12+-U U U O g Q =()1103.13086003.12

+⨯⨯-=5.558 这是匝数比的上限值，匝比只能比这个小，不能比其大。 取N N s p

=5.

这就求得了最大占空比，即最大导通时间。

为了保证电路工作于DCM 模式，磁路储能和放电的总时间应控制在0.8T 以内，

所以： =11

53078.0115⨯+⨯⨯=0.1215， 取D=0.1 。 （2）原边匝数的计算：

根据磁芯，得到有效的导磁截面积A e ，则原边匝数应保证在最大占空比时磁路仍不饱和。

电压冲量等于磁路中磁链的变化量，

取开关频率为75KHz,25°下Bmax 为0.5T

304.129.805.0751

1215.0308101063max max

=⨯⨯⨯⨯⨯==-A B D U N e g p

T ，真正的原边匝数必须比这个值大，才可

能让磁路不饱和。通常取2倍的上述值，则取25=N p 。

（3）副边匝数的计算

根据上面两步的结果，很容易求出副边匝数5=N s 。

（4）辅助绕组的计算

辅助绕组计算与副边绕组的计算方法一样，由于输出10v ，供电输出12v 。则得到61=S N

（5）气隙长度的计算： 原边的峰值电流为A D

U P I g O sp 2175.11.0308%805.11022=⨯⨯⨯⨯==

η 则初级电感为 求出气隙长度为：m r Fe L e

g

l A A L 432

467010664.12300104.512510365.3109.80104-----⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=πμμ=0.16mm 。

变压器制作过程中可取三层卫生纸（每层0.05mm ）作为气隙

图5 功率变压器磁路示意图