1000W全桥型开关稳压电源设计—课程设计

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：1000W全桥型开关稳压电源设计

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院教研室：电气

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要

本实验设计了一台输出电压为48V稳压范围宽、大功率的全桥型开关稳压电源,并给出了实验波形。

在实验中主要运用了软开关PWM 技术，给出了高频变压器、PWM 控制及移相控制全桥零电压开关-脉宽调制变换电路的详细设计方法。开关电源采用功率半导体器件作为开关器件,通过周期性间断工作,控制开关器件的占空比来调整输出电压。本设计中采用220v 的交流输入电压,反激式电源采用在100w 以下的电路,而本电源设计最大功率达到1000w,输出地额定电流为20A左右，设计采用了

AC-DC-AC-DC 变换方案。一次整流后的直流电压,经过有源功率因数校正环节以提高系统的功率因数,再经全桥变换电路逆变后,由高频变压器隔离降压,最后整流输出直流电压。

在设计中,首先画出主电路图,主电路图由整流电路、全桥电路组成。全桥电路的开关元件使用的是MOSFET。并说明其工作原理,再通过基本计算,选择触发电路和保护电路的结构以及晶闸管的型号和变压器的变比及容量,完成本设计的任务。

关键词: 开关电源；PWM技术；移相控制；高频变压器

第1章绪论

1.1 电力电子技术概况

电力电子技术这一名称是在20 世纪60 年代出现的。电力电子技术,顾名思义,就是应用于店里领域的电子技术。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术,店里变化通常可分为四大类,即交流变直流(AC-DC)、直流变交流(DC-AC)、直流变直流(DC-DC)、交流变交流(AC-AC)。在我国的学科分类中,电气工程是一个一级学科,它包含五个二级学科,即电力系统及其自动化、电机与电器、高压电与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工理论与新技术。电力电子器件的发展对电力电子技术额发展起着决定性的作用,因此电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲领的。

电力电子技术的应用非常广泛。它不仅用于一般工业,也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、计数机系统,新能源系统等………

1.2 本文研究内容

开关稳压电源(以下简称开关电源)问世后,在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。随着脉宽调制(PWM)技术的发展,PWM 开关电源问世,它的特点是用20kHz 的载波进行脉冲宽度调制,电源的效率可达65%~70%,而线性电源的效率只有30%~40%。因此,用PWM 开关电源替代线性电源,可大幅度节约能源,此外,对开关电源提出了小型轻量要求，还要求开关电源效率要更高,性能更好,可靠性更高等。本实验由主电路，控制电路，保护电路组成。在设计中运用了电压驱动全控器件MOSFET来设计主电路，它具有驱动电路简单，驱动功率小，开关速度快，开关频率高等优点。并配以整流电路和逆变电路，改变开关的占空比，就可以输出电压的平均值，我们知道当S1导通时，输出整流二极管D1导通；反之，S2导通时，二极管D2导通。当S1，S2都关断且电感电流连续时，D1，D2同时导通续流，开关元件断态时承受的峰值电压是全桥电路不容易发生变压器的偏磁和直流饱和现象。

第2章 1000W全桥型开关稳压电源设计

2.1 全桥开关稳压电源总体设计方案

由于开关稳压电源的调整工作于开关状态，导通时管压降很小-截止电流几乎为零，因此工作时管耗很小使开关电源的效率很高，通常在80%左右，而线性电源一般效率低于50%。由于开关电源的开关元件的工作频率很高，因此电路中所使用的都是高频变压器，其体积重量都很小，而且大多数开关电源都省去工频电压器由电网功率直接滤波，所以开关电源比同功率的线性电源体积重量都小的多。由于开关电源的输出电压是由脉冲波形的占空比调节的，受输入电压幅度的影响较小，所以它的稳定范围很宽，对电网电压要求较低，一般电网电压从140V—260V 开关电源均可工作而线性电源一般允许电网电压波动正负10%，另电网电压频率变化4%时开关电源仍可工作。

传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高，为了实现开关变换器的高频化需要着重解决的问题是实现零电压开关，以减小开关损耗，尽可能减小开关浪涌，为此先后出现了谐振变换器，但是谐振变换器是通过频率调制的，为了在输入电压和负载变化范围内调节输出电压，必须要求很宽的开关频率范围，这就使得滤波器的优化设计十分困难，使磁性元件的利用率减小，因此高频开关变换器主要发展途径是谐振型和PWM技术的结合，即软开关PWM 技术。利用谐振的形式使开关过程“软化”，完成开关过渡之后，变换器按PWM型式运行，使环路能量比谐振变换器小得多，而开关损耗降低了，所以它是一种性能优良的软开关变换器，移相式零电压软开关电路就是其中一种。在移相控制技术的基础上，利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗，变换效率可达80%-90%，并且不会发生开关应力过大。

控制方式是指变换器控制电路通过何种途径控制主电路实现自动控制目的，达到自动稳压或稳流的要求。传统的PWM型电子开关开通和关断开关上同时存在电压、电流，损耗比较大，零电压开关-脉宽调制变换器（ZVS-PWM）是电子开关在两端电压为零时导通电流为零时关断，开通、关断损耗理想值为零。在此选用典型的UC3875构成的移相控制零电压开关-脉宽调制变换电路。

2.2 具体电路设计

2.2.1 全桥稳压电路流程结构图

如图2.2.1所示：

图2.2.1 全桥稳压电路总体结构图

电流经过整流后变成直流,在经过高频逆变到交流,在经过高频整流到直流,最后经过滤波得到所要的直流。

2.2.2 开关稳压电源基本框图

如图2.2.2所示：

图2.2.2 开关稳压电源基本框图

电路首先经过滤波电路变成含有一定脉动成分的直流电压，然后进入高频电路。高频变换部分的核心是一个高频功率元件，它将脉动直流电压斩波成高频方 整流 高频

逆变 变压器 高频

整流 滤波器 脉动 直流 高频 交流 高频 交流 直 流

工频

交流

直 流