华南理工大学电力电子技术课程设计报告

专

业： 电气工程及其自动化

班 级： 12电气（6）班

学 号： 2079

* 名： ***

指导老师： 王学梅 老师

华南理工大学电力学院

2014年1月12日

电力电子技术课程设计报告

正激式直流电源的设计

1.课题名称与研究现状

正激式直流电源的设计。所谓正激式直流电源（亦称为正激式开关电源）只是开关电源的一种，按照不同的标准开关电源可以分成不同的种类: 从工作性质上分，大体上可分“硬开关”和“软开关”两种，从工作方式上分，又可以分为正激式、反激式、推挽式，将推挽式加以改进又可分为半桥式和全桥式。正激式的变压器一次侧与二次侧同名端式一致的，而反激式的则刚好相反，而且在具体的功能上二者也有区别，正激式变压器只是起到一个能量的传递作用，而反激式变压器则还要暂时的储存能量起到一个电感的作用，因为由于变压器电感的极性的不同，反激式变压器一次侧与二次侧是不会同时导通的，但正激式和反激式变压器基本上都是一个输入端与反馈绕组共同构成一次侧，而输出端则只有一组，推挽式的变压器则相当于两个反相位工作的正激式变压器的组合，其有两个输入端两个输出端。一般来说正激式的输出功率要高一些，成本也相应的高一些，而反激式易于实现，但是功率比较小，成本也低一些，推挽式的电路比较复杂，输出功率范围比较广。由于反激式开关电源中的开关变压器起到储能电感的作用，因此反激式开关变压器类似于电感的设计，但需注意防止磁饱和的问题。反激式在20～100W的小功率开关电源方面比较有优势，因其电路简单，控制也比较容易。而正激式开关电源中的高频变压器只起到传输能量的作用，其开关变压器可按正常的变压器设计方法，但需考虑磁复位、同步整流等问题。正激式适合50～250W之低压、大电流的开关电源。这是二者的重要区别！电源是各种电子设备必不可少的组成部分，其性能的优劣直接与电子设备的性能指标及是否能安全可靠地工作相关。开关电源具有小型轻量同时高效率等突出的优点，到目前已经广泛用于各种电子电器设备，特别是计算机和通信设备，包括移动终端和消费类电子产品，可以说无所不在，不可或缺。开关电源是一种利用现代电力电子技术，控制开关管开通与关断的时间比率，维持稳定输出电压或电流的电路，其一般由脉冲宽度调制与控制芯片和开关管（IGBT、BJT、MOSFET等）构成。由于这种PWM 型的开关电源在使用和设计的时候比线性电源具有更高的效率和灵活性，所以可

以在各种便携式产品，航空和自动化产品，仪器与仪表中发现它们的存在。

开关电源如今已经发展到第5代。上世纪60年代初开发的是第一代开关电源，那时线性电源刚刚开始向开关电源发展，开关频率低，成本高，使用范围受到很大限制，仅使用在军事、航天等少数高科技领域。第二代无工频变压器的开关电源在70年代末开始研制，但是受当时技术条件的限制，生产的电源产品因为效率较低、频率低、电路复杂度较高，调试难度大，不易推广使用等一系列的问题让其应用范围受到较大限制，所以第三代开关电源的研发势在必行。它诞生于80年代初期，电力电子技术的成熟以及功率半导体技术和控制技术的发展使得多种型号的中小功率高频开关电源的研发成为可能，并被应用于计算机、电视、通信、移动等产品领域，取得了比较丰硕的成果。在此时期内，IC技术与电源技术和自动控制技术互相融合，开发出各种开关电源专用芯片，这种新型节能电源得到了极大发展。目前，电源的开关频率已从20千赫兹提高到了几百千赫兹甚至更高。90年代中期开始研制第四代开关电源，开关电源在设计时将要考虑EMC(电磁兼容)，PFC（功率因素校正）等其他方面较高的技术要求。同时开关电源使用的电子元器件也获得较快发展。瞬态电压抑制器 (TVS)、压敏电阻器(如TL431)、电磁干扰滤波器(EMI Filter)、非晶合金制造的磁珠(magnetic bead)等一大批新器件、新材料正被广泛采用。

高频化和模块化是开关电源在未来主要发展的两个方向，高频化使其不断小型化成为可能，进而可推动高性能的开关电源的应用范围不断扩展，尤其是在高新电子技术领域。面临着原油价格的不断上涨和其他能源的紧缺，高性能的开关电源在能源和资源的优化使用，效率提升以及保护环境等许多方面意义重大。模块化是开关电源发展另一个总体趋势，模块化使电源的设计更加合理，电源的应用可以更加多样化和更有针对性。同时可以采用模块化的电源构成分布式的电源系统如冗余电源系统，实现多个电源的并联，扩充容量。

2.课题设计任务，指标内容及要求

技术指标

正激式开关电源的技术指标

项目参数

输入电压单相交流220V

输入电压变动范围180Vac～240Vac

输入频率50Hz

输出电压V O=12V*5A

输出功率60W

2.2主要设计内容

主电路的详细设计和参数选择；开关器件的选择；驱动电路的设计；脉冲变压器的设计及选型；控制电路；仿真软件自选；全部元器件型号参数（列表说明）。特殊要求

给出如下仿真波形和结果：

1）额定输出下正常运行

2）突加突减额定负载运行（空载——额定负载——空载）*可选

3.总体电路的功能框图，基本原理及其说明

功能框架原理图

上图所示是正激开关电源电路的典型结构，它主要由整流滤波电路、DC/DC

变换电路、开关占空比控制电路以及取样比较电路等模块构成。

前级整流滤波电路用来消除来自电网的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散，并将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。变换器是开关电源的关键部分，它把高频交流电压（开关管的开通与关断形成的高频交流电压）变换成直流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。取样电路和开关占空比控制电路通过检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大，调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。

开关电源的基本工作原理：输入交流电（市电）首先经过整流滤波电路形成直流VS，该直流电V。再经过通、断状态控制的电子开关电路后，变换成脉冲状态交流电V0'，V0'再经正激变换器构成的整流滤波电路平滑后，输出直流。显然，输出直流V0的大小取决于脉冲状交流电V0'的有效值大小（成正比），而V0'的有效值又与开关的导通占空比D＝TON/T（其中T=TON+TOFF）成正比。此外，通过取样比较电路中对输出电压V0取样，并使之与基准电压VREF进行比较，若取样电压高于VREF，则比较电路输出Ve减小，取样控制占空比控制电路，使TON/T 下降，从而使V0下降；若取样电压低于VREF，则比较电路输出Ve增加，使TON/T 增加，从而使V0增加，这样就可以使开关电源的输出电压V0稳定在一个恒定值上。

实际电路图

4.经典单端正激变换器的工作原理