【導(dǎo)讀】電力電子課程設(shè)計報告。直流開關(guān)電源的設(shè)計。日期：2020年8月21日

　　

【正文】 漏電流小的快恢復(fù)二極管。選取 HER307。 PWM 控制電路設(shè)計 本次設(shè)計的控制電路采用 PWM 控制方式。 PWM 控制變換原理 PWM 控制方式必須要求有產(chǎn)生恒定頻率的震蕩源作為比較的基準(zhǔn)，這種震蕩器稱為“時鐘震蕩器”。此外還必須要有脈沖寬度調(diào)制電路，也就是說，檢測比較放大電路將誤差電壓信號放大后，必須將該電壓信號變換成脈沖寬度信號，完 17 成這種功能的電路稱為“電壓 — 脈寬轉(zhuǎn)換”電路（用 V/W 電路 表示）。然后由基極驅(qū)動電路激勵高壓開關(guān)晶體，調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈沖寬度以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。比如，由于某種原因（負(fù)載電流減小或電網(wǎng)電壓上升）使高頻變壓器副邊輸出電壓的平均值增大，電源輸出電壓也將隨之升高，反饋檢測電路將這一電壓變化量由電壓 脈沖轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的變化，使脈沖寬度變窄，亦即使脈沖的占空比減小，高頻變壓器輸出電壓的平均值下降，從而使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定；反之，若電源輸出電壓由于某種原因下降時，控制回路的輸出脈寬將增大，高頻變壓器輸出電壓的平均值提高，使電源輸出電壓又回升到原來的數(shù)值。這便是 PWM 控制變換器型開關(guān)電 源的基本穩(wěn)壓原理。 本次 PWM控制器設(shè)計采用的 IC 是 SG3525 芯片。 SG3525 的封裝圖 引腳功能介紹 各引腳功能如下 : 1腳、 2腳分別為誤差放大器的反相輸入端和同相輸入端 , 3腳為同步輸出端 , 4腳為振蕩器輸出 , 5腳、 6腳分別外接內(nèi)部振蕩器的時基電容和電阻 , 7腳接放電電阻 , 8腳為軟啟動 , 9腳為誤差放大器的頻率補(bǔ)償端 , 10 腳為關(guān)斷控制端 ,用于實(shí)現(xiàn)限流控制 , 11 腳、 14 腳為輸出端， 12 腳為接地端 , 18 13 腳接輸出管集電極電源 , 15 腳接 SG3525 的工作電源 , 16 腳為 基準(zhǔn)電壓 SG3525 芯片介紹 SG3525 芯片是由美國硅通用電氣公司設(shè)計的適用于高頻功率 MOS 管驅(qū)動的第二代集成電路脈沖寬度控制器 ,其中 SG3525 可用于驅(qū)動 N溝道的功率 MOS 管。 SG3525 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 SG3525 參數(shù)計算 SG3525 的震蕩頻率為 ? ?RRCf dOS 1 0 ?? 式中CO和R分別是與腳 腳 6 相連的震蕩器的電容和電阻，Rd是與腳7相連的放電端電阻值。 由于一直頻率為 100kHz,在根據(jù)器件規(guī)格調(diào)整各器件數(shù)值，確定CO為F?， RO為 ?k, d為 10k 反饋電路設(shè)計 輸出電壓反饋電路設(shè)計圖如下 19 傳遞函數(shù)? ? SSsG CRCR1112 1?? 4. 電路原理圖與波形圖匯總 電路原理圖 主電路原理圖 PWM 控制電路原理圖 20 驅(qū)動電路原理圖 各部分電路波形圖 單相橋式整流電路電壓波形圖 21 MOSFET 驅(qū)動電路波形 5. 主電路元器件清單 元器件名稱：輸入整流二極管 型號： 1N4004A 規(guī)格：反向工作電壓 400V，電流 1A 個數(shù)： 6 元器件名稱：濾波電容 規(guī)格：容量 300F?，耐壓值 25V 個數(shù)： 3 元器件名稱： N 溝道 MOSFET 個數(shù)： 2 元器件名稱：高頻變壓器 規(guī)格：磁心 FX3730，原副線圈匝數(shù)比 136： 16 22 個數(shù)： 1 元器件名稱：輸出整流二極管 規(guī)格： 電流為 6A，正向壓降為 個數(shù)： 3 元器件名稱：輸出整流濾波電感 規(guī)格： H? 個數(shù)： 1 元器件名稱：輸出整流濾波電容 規(guī)格： F 個數(shù)： 1 6. 電路仿真 仿真技術(shù)總體簡介 根據(jù)實(shí)際電路（或系統(tǒng)）建立模型，通過對模型的計算機(jī)分析、研究和實(shí)驗，以達(dá)到研制和開發(fā)實(shí)際電路（或系統(tǒng)）的目的，這一過程稱為計算機(jī)仿真。由于它的高效、高精度、高經(jīng)濟(jì)性和高可靠性，因此備受人們的重視。 電路的計算機(jī)仿真技術(shù)，要解決兩個主要問題：如何建立電路的方程（即仿真模型），如何求解電路方程。由此而提出了各種仿真技術(shù)、程序和軟件包。 自 20 世紀(jì) 70年代至今，電路仿真的分析方法主要有：狀態(tài)變量法、節(jié)點(diǎn)分析 法、改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)分析法、狀態(tài)空間平均法等，在用 SPICE 通用電路程序具體仿真一個開關(guān)變換器時，也結(jié)合狀態(tài)空間平均法的概念，從而建立開關(guān)變換器功率電路及控制集成電路的仿真模型，分別編制出 SPICE 仿真子程序，附加到 SPICE中，可進(jìn)行大信號、小信號瞬態(tài)分析及直流分析。 SPICE 和 PSPICE仿真程序介紹 SPICE 是一種通用集成電路計算機(jī)分析程序，可以對電路進(jìn)行非線性直流分析、非線性瞬態(tài)時域分析和交流小信號時域和頻域分析等。 SPICE 應(yīng)用了一組電路模型方程，基本分析工具是牛頓 —— 拉弗遜迭代法。 PSPICE 則是 SPICE 程序的派生軟件。原來用于 SPICE 模型，可直接移植到PSPICE 上來。 SPICE 在小型機(jī)、工作站上運(yùn)行，而 PSPICE 則是可以在微型計算機(jī)上運(yùn)行的 SPICE 程序，它兼容 SPICE 的功能。因此，應(yīng)用 PSPICE 仿真比 SPICE 23 更為方便。 PSPICE 求解方程的方法是以梯形法和 GEAR 積分法相結(jié)合，以適應(yīng)病態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，并采用截斷誤差控制時間步長，即可較快得到穩(wěn)定解，又可保證解的精度。 PSPICE 在 SPICE 基礎(chǔ)上某些功能還有所擴(kuò)充和增強(qiáng)，使用更為方便。 本次設(shè)計仿真使用 PSPICE 軟件。 仿真圖表 平均整流輸入電壓如下 針對交流線路時段的平均整流電壓 交流輸入均方根電壓如下 24 平均橋二極管 Pd 橋二極管在交流線路期間的平均功率耗散 峰值到峰值輸出紋波電壓 25 頻率 開關(guān)頻率 效率 26 穩(wěn)態(tài)效率 總輸出功率 27 7. 設(shè)計總結(jié)與感想 首先不得不說我拿到的《直流開關(guān)電源》這個題目可以說是本次課程設(shè)計選題中難度最大的幾個題目之一，在這個題目中，它包括了《單相橋式整流》《 DC/DC變換》《交直交變換》 等其他課題，系統(tǒng)分出的模塊多且復(fù)雜。剛拿到題目時完全不知該從何下手，自己到圖書館一口氣借了 9本關(guān)于開關(guān)電源方面的書籍，同時在網(wǎng)上查資料，可以說光是熟悉這個課題進(jìn)行入門就花了一個多星期的時間，本次設(shè)計前后歷時三個多星期，可見開關(guān)電源的設(shè)計入門還是很難的。從圖書館借來的書籍對我的幫助是很大的，網(wǎng)上的資料不可能會像書籍一樣系統(tǒng)的講解開關(guān)電源的設(shè)計流程，花一些時間摸索之后漸漸有了眉目，本次的課程設(shè)計也慢慢變得流暢起來了。雖然說花了三個多星期完成了這次課程設(shè)計，可是還是有很多沒有搞清楚的地方，比如取樣反饋電路部分等等 。 本次設(shè)計雖然很難，但是靠著自己一點(diǎn)點(diǎn)地學(xué)習(xí)，最終還是完成了任務(wù)，這在實(shí)習(xí)剛開始的時候幾乎是不可能完成的，所以說這次的成功也鼓舞了自己的信心，意識到自己有足夠的完成困難任務(wù)的能力。這對今后的學(xué)習(xí)工作都是大有裨益的。 設(shè)計完成一方面是成功的喜悅，另一方面這讓也意識到了自己的不足之處。電力電子是本學(xué)期的課程，學(xué)習(xí)的時間正是新知識，可是在做設(shè)計時總是對很多基礎(chǔ)的知識點(diǎn)不確定，好需要翻閱書籍資料才能肯定，這為我今后的學(xué)習(xí)生活敲響了警鐘，在今后的學(xué)習(xí)中一定要踏踏實(shí)實(shí)，不能浮躁。 最后，鑒于本人水平有限外加時間倉促， 本次設(shè)計錯漏之處在所難免，請老師指正，謝謝！ 8. 致謝 感謝 ***老師在課程設(shè)計課上對課題的講解，至今仍對 *老師汗流浹背的形象記憶猶新，老師辛苦了！感謝這本次設(shè)計過程中幫助我、指點(diǎn)我的諸位同學(xué)，沒有你們就沒有本次設(shè)計的圓滿完成，謝謝！ 9. 參考文獻(xiàn) I.《開關(guān)電源的原理與設(shè)計（修訂版）》張占松、蔡宣三著，電子工業(yè)出版 28 社， 2020 II.《現(xiàn)代高頻開關(guān)電源技術(shù)與應(yīng)用》劉鳳君編著，電子工業(yè) 出版社， 2020 III.《開關(guān)電源設(shè)計（第三版）》【美】 Abraham Keith Billings Taylor Morey 著，電子工業(yè)出版社， 2020 IV.《直流穩(wěn)定電源》楊貴恒、張瑞偉、錢希森、羅洪君等編著，化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 V.《高頻開關(guān)電源設(shè)計與應(yīng)用實(shí)例》周志敏、周紀(jì) 海、紀(jì)愛華編著，人民郵電出版社， 2020 VI.《開關(guān)電源仿真 PSice 和 SPICE 3 應(yīng)用》【美】 Steven 著，人民郵電出版社， 2020