电力电子装置及系统课程设计

华北水利水电大学

《电力电子装置及系统》

课程设计

题目大功率高频开关电源的设计

学院电力学院

专业电子科学与技术

姓名刘真民吴清清

学号201312306 201312309

指导教师

完成时间2016.11.25

大功率高频开关电源的设计

摘要

本文研究了开关电源各主要部分的原理与设计方法,选择了合理的设计方案,在此基础上着手设计了一种大功率高频开关电源。本论文首先介绍了全桥DC-DC 变换器的工作原理与控制方式整个设计过程，主要包括以下几个部分主电路和控制电路的设计,各部分的电路的设计和分析,芯片UC3879的结构、工作原理和驱动电路的设计,高频变压器的设计,反馈电路的设计，保护电路的设计，计算了电路中所用的参数,其中重点计算了高频变压器的各个参数,在此基础上选择合适的器件。

关键词：高频开关电源；变换器；PWM

目录

摘要

第1章绪论 (1)

1.1选题背景 (1)

1.2大功率高频开关电源的参数 (1)

1.3设计方案 (1)

1.4设计内容 (2)

第2章大功率高频开关电源的基本原理 (3)

2.1大功率高频开关电源的基本原理 (3)

2.2大功率高频开关电源的组成 (4)

2.3 全桥 DC-DC 变换器 (7)

2.3.1 全桥变换器的工作原理 (7)

2.3.2 全桥 DC-DC 变换器的控制方式 (8)

第3章高频开关电源主电路设计 (12)

3.1 高频变压器的设计 (12)

3.1.1 磁芯材料和形状的选择 (12)

3.1.2 变压器的设计计算[10] (13)

3.2输入整流滤波电路设计[11][12] (13)

3.2.1输入整流回路的结构 (13)

3.2.2输入整流回路元器件的选择 (14)

3.3 输出整流滤波电路设计 (16)

3.3.1 输出整流回路的结构[14-16] (16)

3.3.2 输出整流电路的元器件的选择 (17)

3.4逆变电路的设计 (19)

第4章高频开关电源控制电路的设计 (20)

4.1 PWM 集成控制器的工作原理 (21)

4.2控制芯片UC3879 的介绍 (23)

4.3 驱动电路设计[1][10] (24)

4.4反馈电路设计[10][20] (26)

4.4.1 反馈电路结构 (26)

4.4.2 反馈电路参数估算 (27)

4.4 保护电路的设计[10][21] (28)

第5章总结 (30)

参考文献............................................ 错误!未定义书签。

第1章绪论

1.1选题背景

电源是所有用电设备的心脏，为设备提供动力。开关电源处于源技术的核心地位，近十年来有了突飞猛进的发展。按照目前的习惯开关电源专指电力电子器件工作在高频开关状态下的直流电源，因此，开关电源也称为高频开关电源[1]。

直流开关电源是各种电源中应用范围最广和市场最大的一种，包括AC/DC和DC/DC。直流开关电源经过几十年的发展，集中了许多高新技术，包括新型功率半导体器件、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术，已经形成高工作频率、高效率、高功率密度、高可靠性等为特征的现代直流开关电源。

近年来，许多领域，如邮电通讯、军事装备、交通设备、仪器设备、工业设备、家用设备等方面越来越多地应用开关电源并取得显著效益。开关电源的迅速发展得益于巨大的市场需求。此外，电子器件，磁性材料，变换技术，控制理论等技术的发展及仿真软件的不断涌现与日趋完善，也使得开关电源的研发制造水平大大提高。

1.2大功率高频开关电源的参数

开关频率：200k Hz,

输出功率：3k W，

输出电压：DC200V±5%,

输出电流：15A

1.3设计方案

由于开关电源的输出功率比较大，所以设计时采用如下的基本设计方案：

（1）采用全桥变换电路拓扑形式，模块化设计，输出功率大。（2）采用移相PWM 功率变换技术，开关损耗小，效率高。

（3）采用全波整流电路，电路损耗小。

（4）逆变主开关管采用 MOSFET。

（5）采用峰值电流控制模式，动态响应快，可抑制变压器偏磁，便于均流。

（6）采用UC3879集成控制芯片。

1.4设计内容

（1）主功率变压器、各电感的参数设计

（2）输入整流部分参数设计

（3）输出整流部分参数设计

（4）逆变部分参数设计

（5）驱动电路的设计

（6）控制电路及保护电路设计

（7）反馈电路的设计

第2章大功率高频开关电源的基本原理

2.1大功率高频开关电源的基本原理

高频开关电源是将交流输入电转换成电力电子设备所需的直流电的设备,相对于普通开关电源它的变换频率高,从而带来了效率的提高和体积的减小。其基本原理是输入的工频交流电经电网滤波、整流滤波成为单相的含有一定脉动成分的直流电,该直流电通过高频变换器变换成矩形高频交流电,其中高频变换器受控制器的控制,再由高频变压器隔离变换,得到所需的高频交流电,最后经过输出整流滤波电路,将变换器输出的高频交流电整流滤波得到符合用电标准的高质量、高品质的直流电。

图2.1 典型的开关电源结构图

本系统的基本结构如图2.1所示,主要由输入端整流滤波器、高频变换器、高频变压器、输出整流滤波器、控制电路包括控制器、保护电路、反馈电路和辅助电源等几部分组成。各个部分的组成和作用如下：

（1）输入保护：由保险丝和热敏电阻组成,防止由于电源短路所产生的大电流以及输入的冲击电流对电路中器件的影响。