教师招BOB聘湖南工学院电力电子技术课程设计题

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1、 .wd。电力电子技术课程设计手册职称院校：电气与信息工程学院学生姓名：导师：董衡职称/学位助教专业：自动化班：学生编号：完成时间：2015.12. 28 湖南工学院电力电子课程设计任务书 学校：电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化、自动化专业讲师董衡 学生姓名 学科名称 半桥开关稳压电源设计内容及任务一、设计任务设计一个半桥开关稳压电源，输入电压单相：170260V，输入交流频率4565HZ，输出直流电压24V恒定，输出直流电流10A，最大功率250W电力电子开关器件，稳压精度：小于1%直流输出电压设定值。 二、设计内容1、简要说明本课程的学习情况； 2、主电路

2、设计、原理分析及器件选型；3、控制电路设计；4、保护电路设计；5、使用MATLAB软件开发自己的设计进度仿真。主要参考资料 1 王兆安，王军主编。电力电子技术（第 5 版）。北京：机械工业出版社，20122 黄军，秦祖印主编。电力电子自关断器件和电路。北京：机械工业出版社，19913李旭宝，赵永健主编。电力电子器件及其应用。北京：机械工业出版社，1996教研室意见教研室主任：署名日期表1、总体设计方案51.1输入整流滤波电路设计51.2逆变电路设计 61.3驱动电路设计71.4 整体电路设计81.5过流保护91.6过压保护 102、器件选择 112.1 输入整流器设备 112.2 输出整流设备 112.

BOB3、3元件选择112.4保护电路器件选择133、MATLAB电路仿真143.1MATLAB介绍143.2仿真电路图14致谢16参考文献17摘要与广泛应用在计算机、通信、航空航天、仪器仪表和家用电器中的开关电源中，对它们的需求正在增加。开关电源是现代电力电子设备中不可缺少的组成部分。其质量直接影响子设备的性能，其大小也直接影响电子设备的整体体积。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优点，在很多方面逐渐取代了低效率、体积大、重的线性电源。这次我介绍一种半桥电路的开关电源。输入单相交流170260V，输入频率4565HZ，输出直流电压24v，输出直流电流10A，最大功率250w。亮点

4、电源的思想、理论、工作原理和特点。关键词：开关稳压电源；整流电路；半桥1、整体设计方案开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性连续工作控制开关器件的占空比来调节输出电压。整个项目的设计分为三个部分。 1、主电路设计，包括整流输入滤波、半桥逆变电路、输出整流、输出滤波。 2、开关管的驱动电路。 3、控制电路的设计，包括控制逆变电路开关管工作的脉冲输出、软启动、占空比调整和保护电路。半桥开关电源设计方案遵循开关电源的转换框图。如图1.1：半桥逆变电路输入滤波电路输出整流滤波输入整流电路图1.1 开关电源变换是从工频交流电通过桥式整流电路得到直流电流，然后通过半桥开路开关逆变器变高

5、频率交流电，整流滤波后得到所需的直流电。可用于电子设备。然后，功率流入输入整流滤波电路，通过整流模块将交流电转换成带有脉动成分的直流电，再通过输入滤波电容将脉动直流电转换成更平滑的直流电。其次，电源开关桥提供来自控制电路的触发脉冲，将滤波后的直流电转换成高频方波电压，通过高频变压器传输到输出侧。最后，输出整流滤波回路将高频方波电压滤波成所需的直流电压或电流。 1.1 输入整流滤波电路设计 整流滤波电路是开关电源的重要组成部分，可以提高电压和电流的稳定性电力电子开关器件，减少干扰。根据它们的位置不同，它们分为输入输出整流和滤波电路。本研究对电源额定工作状态的技术要求为：输出电压24V，输出电流10A，输出功率约240w

BOB6、，为了减小电源的输入滤波电容等原因，电源电路采用了单相桥式整流。对于各导通回路的进度控制，相比全控桥少了一个控制器件电力电子开关器件，换成了一个二极管，有利于降低损耗！如果不加续流二极管，当突然升高到180或启动脉冲丢失时，由于电感储能没有通过变压器次级绕组释放，只消耗在负载电阻上，一个晶闸管将被打开，两个二极管将交替导通。在直通的情况下，这使得Ud为半正弦波，即半周Ud为正弦波，另一半周Ud为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路的波形失控。因此，必须增加一个续流二极管以避免失控。电路原理图如下： 图1 整流电路 当负载的电感很大时，电路已经工作在稳定状态。在U2的正半周，在触发角U2处给晶闸管D1加一个触发脉冲

7、通过 D1 和 D4 向负载供电。当U2过零变负时，由于电感的作用，电流是连续的，D1继续导通。但由于a点电位低于b点电位，电流从D4传递到D2，D4截止，电流不再流过变压器的次级绕组，而是继续流过D1 和 D2。在这个阶段，忽略器件的通态压降，Ud=0。 1.2 逆变电路设计 半桥逆变电路的原理如图所示。它有两个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成。直流侧有两个足够大的电容相互串联，两个电容的连接点成为直流电源的中点。负载连接在直流电源的中点和两个桥臂的连接点之间。当可控器件没有可以通过门关断的晶闸管时，必须加强制换流电路才能正常工作。半桥逆变电路的优点是简单，适用器件少。缺点是输出交流电压的幅值U​​m只有Ud

8、为二分之一电压，直流侧需要两个电容串联，运行时还要控制两个电容电压的平衡。因此，半桥电路常用于几千瓦以下的小功率逆变电源。 , 图 2 逆变器电路图 开关器件 V1 和 V2 的栅极信号在一个周期内各有一个半周期的正向偏置和一个半周期的反向偏置，两者是互补的。当负载为感性时，输出电压为矩形波。当V1或V2导通时，负载电流和电压方向相同，直流侧向负载提供能量；而当VD1或VD2导通时，负载电流和电压反向，负载电感中储存的能量反应到直流侧电力电子开关器件电力电子开关器件，即负载电感将其吸收的无功能量返回到直流侧。反射能量暂时存储在直流侧电容器中，该电容器充当该无功能量的缓冲器。 VD1、VD2称为混响二极管，也称为续流二极管。 1.3驱动电路设计可采用MOSFET驱动

BOB9、使用脉冲变压器，具有体积小、价格低的优点，但直接驱动时，脉冲的前沿和后沿不够陡峭，影响开关速度MOSFET。这里使用的是IR2304芯片，1)芯片体积小（DIP8)，集成度高（可以同时驱动同一桥臂的上下开关器件）。< @2)动态快速响应，开关延迟时间220220 ns（典型值），内部死区时间1000 ns，匹配延迟时间50 ns。3)驱动能力强，可驱动600v主电路系统，带61 mA130mA输出驱动能力，门极驱动输入电压宽达1020V。4)高工作频率，可支持100kHz或以下高频开关。5)输入输出同相设计，提供驱动输出的高端和低端独立控制，可通过两个独立的33v、5v和15v输入逻辑兼容控制

10、由CMOS或LSTFL输入控制，为设计带来很大的灵活性。 6)低功耗设计，稳定耐用，抗噪性能高。 IR2304采用高压集成电路技术。一体化设计不仅降低了成本，简化了电路，还降低了设计风险，节省了电路板空间。与其他分立式、脉冲变压器和光耦合器解决方案相比，IR2304 可以节省元件数量和空间并提高可靠性。 7)IR2304带有电源欠压保护和关断逻辑，具有两个同相输入和交叉导通保护功能，并集成了专门为驱动电机的半桥MOSFET或IGBT电路设计的保护功能当电源电压低于 47v 时，欠压锁定（UVL0) 功能将立即关闭两个输出，以防止直通电流和设备故障。当电源电压大于 5v 时，输出将释放（整体滞后是正常的）。对于 0.3v）。通过了

11、电压 (HVIC) 和抗闩锁 CMOS 技术使 IR2304 非常坚固耐用。此外，IR2304还配备了大脉冲电流缓冲级，以最大限度地减少交叉传导；同时，具有下拉功能的施密特（Sohmill）触发输入设计可有效隔离噪声，防止设备误开机。如下图所示，IR2304的接线图如图3所示。驱动电路图显示IR2304具有接线简单、外围元件少的优点。其中，主电路中VCC由OUT自供电，LIN和HIN分别接UC3825的两个输出端，VD应采用快恢复二极管，C1为滤波电容，C2为自举电容，最好是一个钽电容性能很好，R1和R2是限流电阻。 1.4 整体电路设计为了提高系统的功率因数，整流环节不能使用二极管整流，采用UC385。

12、4AB控制芯片构成功率因数校正电路。 UC3854ABUnitrode是在UC3854的基础上改进的新型高功率因数校正集成控制电路芯片。其特点是采用平均电流控制，功率因数接近1，带宽高，限制电网电流失真3。图2.6是UC3854AB控制的有源功率因数校正电路。图4 整体电路图 该电路由两部分组成。 UC3854AB与外围元件组成控制部分，控制电网侧的输入电流和输出电压。功率部分由L2、Cs、S等元件组成Boost升压电路。开关管S选用SKM75GBl23D模块，其工作频率选择在35 kHz。升压电感 L2 为 2mH20A。 C5采用两只450V470F电解电容并联。为了在更小的功率下改进电路

效率

13、，设计的PFC电路在负载较轻时不进行功率因数校正，负载较大时功率因数校正电路自动投入使用。这种本地控制由图1中的比较器本地实现。 1. R10 和 R11 是负载检测电阻。轻负载时，R10、R11上检测到的信号输入到比较器，使输出端为低电平，D5导通，ENA（使能端）为低电平，阻断UC3854AB。当负载较大时，ENA 为高电平，使 UC3854AB 工作。 D6接SS（软启动端），轻负载时D6导通，使SS为低电平；当负载增大，需要UC3854AB工作时，SS端的电位从零开始缓慢上升，控制输出脉冲的占空比缓慢上升，实现软启动。 1.5 过流保护 当电力电子电路不能正常工作或出现故障时，可能会出现过流。当设备发生故障或短路时

BOB14、、触发电路或控制电路故障、过载、直流侧短路、可逆驱动系统有环流或逆变器故障、交流电源电压过高或过低，不相等，都可能引起过流。由于电力电子器件的电流过载能力相对较差，因此必须对变流器进行适当的过流保护。在本文中，快速熔断器用于输入保护。 1.6 过压保护 过压保护应根据电路产生过压的部位不同，参与不同的保护电路。当达到恒压值时，保护电路会自动开启，使过电压可以通过保护电路形成通路。储存在过电压中的电磁能被消耗掉，使过电压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。为了达到保护效果，可以使用阻容保护电路。当电容并联在回路中时，当电路中出现电压尖峰时，电容两端的电压不能突变，可以有效抑制电路中的过电压。与电容串联的电阻可以耗散局部过电压能量，同时抑制电路中电感和电容的振荡。 2、器件选择2.1 输入整流器件的输入为4565HZ交流电，电压为170260V。以下计算取电压为 170V。 1. 二极管耐压：整流二极管的峰值电压可以如下计算。 U=1701.414=240.38V 额定电压：2. 二极管的额定电流：由于电源的输入功率随效率而变化，所以电源时的值效率是最差的应该采取的。这里我们根据一般开关电源的效率取值，取=0.8 电源的输入功率可用（31)公式计算：Pin =p/min