电力电子课程设计直流电子开关

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141

学号：**********

姓名：***

设计时间：2016年12月19日至30日

指导教师：***

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。

三、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=4KHz。

四、设计内容

主电路

1、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圈以及阻尼电阻。(3) 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：（2U 为变压器

副边输出电压的有效值）

20045.02)(sin 221U U t t U U ===⎰πωωπ

π

（a ）单相半波可控整流电路

（b）单相半波可控整流电路波形

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

（b ） 单相桥式整流电路波形

单相桥式整流电压的平均值为：209.0U U ≈（2U 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2U 为正半周并且数值大于电容两端电压C U 时，二极

管1VD 和4VD 管导通，2VD 和3VD 管截止，电流一路流经负载，

另一路对电容C 充电。当c U >2U ，导致1VD 和4VD 管反向偏置而截止，电容通过负载放电，c U 按指数规律缓慢下降。

当2U 为负半周幅值变化到恰好大于c U 时，

2VD 和3VD 因

加正向电压变为导通状态，2U 再次对C 充电，c U 上升到2U 的峰值后又开始下降；下降到一定数值时2VD 和3VD 变为截止，C 对负载放电，c U 按指数规律下降；放电到一定数值时1VD 和4VD 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 U 可根据前述波形及有关计算公式推导得出。空载时

22U U d =

重载时，R 很小，电容放电很快，几乎失去储能作用。随负载加重，d U 逐渐趋近于20.9U ，及趋近于电阻负载时的特性。

根据负载情况选择电容C 值，使之

2

)53(T RC -≥ T 为交流电源的周期，此时输出电压为

22.1U U d =

输出电流平均值IR 为

R U IR d =

电容滤波的整流电路交流侧谐波组成规律：

1、谐波次数为基数。

2、谐波次数越高，谐波幅值越小。

3、与带阻感负载的单相全控桥整流电路相比，谐波与基波