开关电源设计-(2)

学号：课程设计题目开关电源设计学院自动化专业自动化班级姓名指导教师朱国荣年月日武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化班指导教师：朱国荣工作单位：自动化学院题目:开关电源设计初始条件：输入交流电源：单相220V，频率50Hz。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、输出两路直流电压：12V，5V。2、直流最大输出电流1A。3、完成总电路设计和参数设计。时间安排：课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书1目录摘要................................................................................................................................21方案设计.....................................................................................................................31.1设计要求...........................................................................................................31.2设计方案...........................................................................................................32部分电路设计.............................................................................................................42.1电源变压器单元电路的设计...........................................................................42.2整流单元电路的设计......................................................................................42.3滤波单元电路的设计.......................................................................................52.4稳压器单元电路的选择...................................................................................62.5整体电路的参数确定.......................................................................................72.5.1输入电压:...............................................................................................72.5.2滤波部分.................................................................................................72.5.3稳压部分.................................................................................................72.5.4其他部分.................................................................................................82.6整体电路设计图...............................................................................................8结束语............................................................................................................................9参考文献......................................................................................................................10武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书2摘要开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成[4]。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。关键词：开关电源电力电子PWMMOSFET武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书31方案设计1.1设计要求初始条件：输入交流电源：单相220V，频率50Hz。要求完成的主要任务:1、输出两路直流电压：12V，5V。2、直流最大输出电流1A。3、完成总电路设计和参数设计。1.2设计方案要得到12V(5V)、1A的直流稳压电源，首先应使用变压器，将220V的电压降到合适的值。再通过整流电路将正弦波变为稳定的直流电压。再通过滤波及稳压电路，将整流过后的电压进行滤波稳压，最终得到满足要求的直流电源，通过接上负载电阻满足输出电流为1A的要求。滤波电容C的容量比较大，对于引入的各种高频干扰的抑制能力很差。所以在电容C旁并联小容量电容器C1、C2，来抑制高频干扰。另外，稳压器由于分布参数的影响，有可能产生自激。输出端接入电容器C3、C4、C5、C6，是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。图1.1开关电源流程图交流电源变压器整理电路滤波电路稳压电路负载武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书42部分电路设计2.1电源变压器单元电路的设计源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压iU。电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。根据传送功率的大小，电源变压器可以分为几档：10kVA以上为大功率，10kVA～0.5kVA为中功率，0.5kVA～25VA为小功率，25VA以下为微功率。图2.1电源变压器电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。2.2整流单元电路的设计整流电路的任务是将交流电变换成直流电。二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率（1kW以下）整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路[3]。图2.2单相桥式整流电路武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书5图2.3单相桥式整流电路电压、电流波形桥式整流电路的工作原理如下：正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、D1、Rfz、D3通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整流电压，负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，便得到全波整流电压。因此，与全波整流一样，在一个周期内的正负半周都有电流流过负载，而且始终是同一方向。2.3滤波单元电路的设计滤波电路作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑[2]。滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书6图2.4C型滤波电路常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类[1]。若滤波电路元件仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成，则称为无源滤波电路。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管、集成运放）组成，则称为有源滤波电路。2.4稳压器单元电路的选择W7812为三端固定正12V输入的集成稳压器。7812主要参数有：输出直流电压U0＝＋12V，输出电流L:0.1A，M:0.5A，电压调整率10mV/V，输出电阻R0＝0.15Ω，输入电压UI的范围15～17V。因为一般UI要比U0大3～5V，才能保证集成稳压器工作在线性区。图2.5三端稳压器7812引脚图及外形图武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书72.5整体电路的参数确定2.5.1输入电压:U2太低则稳压器性能将受影响，甚至不能正常工作；U2太高则稳压器功耗增大，会导致电源效率下降，使最大输出电流有所降低。所以U2的选择原则是：在满足稳压器正常工作的前提下，U2越小越好。由任务书技术指标要求可确定U2的值，取变压器输出的U2=16V显然采用整流桥，设计要求中要求最大输出IL为1A于是：最大允许流经每个二极管的ID=0.5IL=0.5*1000=500mA而每个二极管所承受的最大反向电压为：VRM=22V=22.63v负载电压vL的平均值为：VL=222V=0.9V2（2.3.2）直流电流为：IL=20.9LVR（2.3.3）整流元件参数的计算：在桥式整流电路中，二级管是两两轮流导通，所以流经每个二极管的电流为：ID=0.5IL=2.5.2滤波部分：滤波电容C可由下式估算：C=CIPPtIV2.5.3稳压部分：稳压部分采用集成稳压器W7812，最大输出电流Io1.5A，最大耗散。20.45LVR武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书82.5.4其他部分为了防止自激振荡，在稳压器的输入端并联了一个大小为0.33uf的电容。为了消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，输出端接了一个1uf的电容。2.6整体电路设计图直流电源的输入为220V的电网电压，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压。再通过整流电路将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下是可以将交流分量全部滤掉，但是因为受负载影响，加之滤波电路并不能达到理想效果。还需要加入稳压电路，使输出直流电压基本不