開關(guān)電源設(shè)計報告.doc

《開關(guān)電源設(shè)計報告.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、1開關(guān)電源主電路設(shè)計1.1主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇由于本設(shè)計的要求為輸入電壓176-264V交流電，輸出為24V直流電,因此中間需要將輸入側(cè)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，考慮采用兩級電路。前級電路可以選用含電容濾波的單相不可控整流電路對電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，后級由隔離型全橋Buck電路構(gòu)成?？傮w要求是先將AC176-264V整流濾波，然后再經(jīng)過BUCK電路穩(wěn)壓到24V?？紤]到變換器最大負(fù)輸出功率為1000W，因此需采用功率級較高的Buck電路類型，且必須保證工作在CCM工作狀態(tài)下，因此綜合考慮，本文采用全橋隔離型Buck變換器。其

2、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示：圖1-1主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.2開關(guān)電源電路穩(wěn)態(tài)分析下面將對全橋隔離型BUCK變換器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，主要是推導(dǎo)前級輸出電壓與后級輸出電壓之間的關(guān)系，為主電路參數(shù)的設(shè)計提供參考。將前級輸出電壓代替前級電路，作為后級電路的輸入，且后級BUCK變換器工作在CCM模式，BUCK電路中的變壓器可以用等效電路代替。由于全橋隔離型BUCK變換器中變壓器二次側(cè)存在兩個引出端，使得后級BUCK電路的工作頻率等同于前級二倍的工作頻率，如圖1-1所示。在的工作時間內(nèi)，總共可分為四種開關(guān)階段，其具體分析過程如下：

3、1)當(dāng)時，此時、和導(dǎo)通，其等效電路圖如圖1-2所示。18圖1-2在時等效電路（1-1）（1-2）（1-3）1)當(dāng)時，此時~全部關(guān)斷，和導(dǎo)通，其等效電路圖如圖1-3所示。此時前級輸出為0，假設(shè)磁化電流為0，則流過和電流相等，均為。。圖1-3在時等效電路（1-4）（1-5）（1-6）2)當(dāng)時，此時、和導(dǎo)通，其等效電路圖如圖1-2所示。18圖1-4在時等效電路（1-7）（1-8）（1-9）1)當(dāng)時，此時~全部關(guān)斷，和導(dǎo)通，其等效電路圖如圖1-3所示。在這個工作過程，所有開關(guān)和第二階段是同一狀態(tài)，因此其分析過程和結(jié)果

4、是相同的。通過以上分析可以驗證前述有關(guān)前級和后級工作頻率的關(guān)系。由第一和第三階段、第二和第四階段推導(dǎo)的式子是相同的，因此后級BUCK電路在重復(fù)工作狀態(tài)。由變壓器一次側(cè)電壓，二次側(cè)電感電流，一次側(cè)電壓可以再次驗證上述關(guān)系，如圖1-5所示。圖1-5全橋變換器部分電壓電流波形根據(jù)后級BUCK電路電感L的伏秒平衡原則，由式子（1-1）和（1-2）可得：（1-10）（1-11）18在選取變壓器的變比時，要考慮占空比的調(diào)節(jié)范圍，盡可能使得調(diào)節(jié)范圍更大。結(jié)合規(guī)格和濾波電路輸出電壓的雙項要求，最小輸出電壓和最大輸出電壓分別為

5、248.9V和373.3V.則由此可計算占空比的最大和最小值為：（1-12）（1-13）因此綜合考慮，變壓器的變比選為0.2。1.3開關(guān)電源主電路參數(shù)設(shè)計1.3.1開關(guān)電源前級參數(shù)的設(shè)計通常在設(shè)計不可控整流的濾波電容時，要根據(jù)負(fù)載的實際情況而選擇電容C值。帶濾波電容的不可控整流電路輸出電壓和充放電時間常數(shù)有關(guān)。當(dāng)時間常數(shù)無窮大時，輸出電壓為交流電壓的峰值；當(dāng)放電時間比較小時，輸出電壓為輸入電壓有效值的0.9倍。實際設(shè)計時，通常要求時間常數(shù)要滿足式（1-14），此時輸出電壓為交流電壓有效值的1.2倍。（1-14

6、）其中T為交流電源的周期，R為負(fù)載的等效阻值，并且考慮到實際電源中電容C體積的限制，因此考慮電容的值滿足下式：（1-15）考慮到在穩(wěn)態(tài)時且理想情況下，后級的輸入功率和負(fù)載功率相等，再根據(jù)式子（1-15）可得：（1-16）（1-17）（1-18）設(shè)交流電源的頻率為50Hz，計算得到,在實際電路中，考慮到后面輸入電壓和負(fù)載階躍變化對輸出電壓波形的影響及考慮一定的裕量，選擇為，電容承受最大電壓為最大輸入電壓的幅值373.3V。綜合以上，并考慮成本，選擇Vishay公司057PSM-SI47331E3型鋁電解容，耐壓

7、450V,電容值330uF。181.3.2開關(guān)電源后級參數(shù)的設(shè)計1)本設(shè)計選用MOSFET管，加在其上面的最大電壓為整流輸出電壓的最大值即VM=373.3V。當(dāng)負(fù)載功率最大時，負(fù)載電流為最大值即250A。流過MOSFET的最大電流為Igmax=7.10A。本文選用InfineonMOSFET,型號為IPB50R299CP。主要參數(shù)為：VDS=550V,ID=12A，RON=0.299。2)二極管上通過的最大電流為ID=125A，電壓最大值為：VDmax=0.05×373.3V=18.665V。由于開關(guān)頻率較高

8、，所以選用快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，但快恢復(fù)二極管導(dǎo)通壓降大，損耗大，故選擇本文選用Vishay肖特基二極管。取適當(dāng)?shù)碾妷弘娏髟Ａ浚吞栠x為M6035C。主要參數(shù)為IF=60A,VRRM=35V,VF=0.55V。3)由開關(guān)電源的規(guī)格要求可知，輸出電壓超調(diào)不能大于0.5V。因此在后級電容設(shè)計時要考慮，電容電壓的紋波值也要小于0.5V，又由于變換器要工作在CCM模式下。由變換器穩(wěn)態(tài)分析可推導(dǎo)電感的計