电力电子技术课程设计

电力电子技术课程设计1/11电力电子课程设计报告课程名称：电力电子技术课程设计设计题目：开关恒流电源设计专业：电气工程及其自动化班级：学生姓名:学号:指导教师:2014年6月18日电力电子技术课程设计1/111.设计目的（1）利用图书、论文和网络资源查找相关和相近的信息资料。（2）至少掌握一种电路设计辅助软件，本课程设计只要求掌握altiumdesinger或protel99se，掌握PCB制板、电路制作工艺。（3）利用Matlab进行辅助设计分析。（4）掌握万用表、示波器使用技能。（5）掌握构建实验和测试条件的方法。2.设计任务（1）BuckChopper开关电源设计，要求正确选择控制方案，查阅参考资料。（2）绘制电气控制原理图，包括主电路图，正确选择或设计元器件，订列元器件目录清单；（3）设计部分工艺图纸（电气控制图，电器元件布置图，安装接线图）；（4）BuckChopper电源电路原理分析，定量计算。（5）进行仿真分析。（6）设计并制作如图1所示开关稳压电源。UORLU1=220VACU2=18VAC隔离变压器DC-DC变换器IO整流滤波UINIIN开关稳压电源图1（7）BuckChopper电源电路的原理分析，定量计算，学习和运用有关的辅助设计工具，进行相关的设计、制作、调试和测试。（8）编制完整的设计说明书。具体设计指标要求：输入：直流90~140Vac。输出：电源恒流350mA，工作电压范围40~60V（任取一合适的值）,纹波电压1%。开关电源的工作频率为20kHz左右。采用脉冲宽度调制控制集成电路HV9910。电力电子技术课程设计2/111.BuckChopper电源电路设计原理如图1和图2所示。图2图3（1）导通状态11tLUUtLUIOILON（2）截止状态22tLUtLUIOLOFF（3）输入输出关系ε称为占空比2．PWM触发脉冲芯片选型OFFONIIIOUU211ttt电力电子技术课程设计3/11选择HV9910为PWM触发脉冲芯片。HV9910是PWM高效率LED驱动IC。它允许电压从8VDC一直到450VDC而对HBLED有效控制。HV9910通过一个可升至300KHz的频率来控制外部的MOSFET，该频率可用一个电阻调整。LED串是受到恒定电流的控制而不是电压，如此可提供持续稳定的光输出和提高可靠度。输出电流调整范围可从MA级到1.0A。HV9910使用了一种高压隔离连接工艺，可经受高达450V的浪涌输入电压的冲击。对一个LED串的输出电流能被编程设定在0和他的最大值之间的任何值，它由输入到HV9910的线性调光器的外部控制电压所控制。另外，HV9910也提供一个低频的PWM调光功能，能接受一个外部达几KHz的控制信号在0-100％的占空比下进行调光。器件极限参数VintoGND......................................................................................-0.5Vto+470VCS......................................................................................................-0.3Vto0.8VLD，PWM_DtoGND.......................................................................-0.3Vto(Vdd--0.3V)GATEtoGND...................................................................................-0.3Vto(Vdd+0.3V)ContinuousPowerDissipation(TA=+25°C)(Note1)16-PinSO(derate7.5mW/°Cabove+25°C)................................750mW8-PinDIP(derate9mW/°Cabove+25°C)....................................900mW8-PinSO(derate6.3mW/°Cabove+25°C)...................................630mWOperatingTemperatureRange............................................................-40°Cto+85°CJunctionTemperature..........................................................................+125°CStorageTemperatureRange................................................................-65°Cto+150°C封装信息图45.参数设计因输出工作电压Vo取50v，输出恒流为230毫安。输入电压为90-140v，所以占空比为：0SVDV.当Vs=90时，D=50/90=0.556;当Vs=140时，D=50/140=0.357.所以占空比的变化范围为35.7%-55.6%电力电子技术课程设计4/11430min322232650(1D)(135.7%)3.5mH2221023010120.01120.01f*20101.12110.357211C6.74443101.2710ossccVLfIfkHzDLCFLf2222001.17110.50.84%2220csVfDVf验算2222001.17110.50.84%1%2220csVfDVf,满足实验要求。6.Matlab仿真波形改变电容大小通过MATLAB仿真所得到的图形如下所示：L=0.0033H,C=30uf电力电子技术课程设计5/11C=22ufC=6.8uf通过改变电容的大小，利用MATLAB进行仿真得出的结果为，改变电容可以改变其纹波电压，当在电路中并入电容时可以使其电路稳定性增加。改变电路稳定性。电力电子技术课程设计6/117.原理图设计原理图设计如图6所示。22uFC1CapPol1103C2Cap104C3Cap2211100kR11Res11KR2Res13.3mHL1InductorD1G2S3Q1MOSFET-ND1DiodeVdd6LD7PWMD5GND3Vin1RT8Gate4CS2U1HV991012P2Header212P1Header2GNDGDS100kR12Res1221115KR13Res1221115KR14Res1RTGNDGNDRT100kR11Res1100kR12Res130KR13Res10kR14Res1GNDRT150kR11Res151KR12Res130KR13Res10kR14Res1GNDRT200kR11Res127KR12Res11KR13Res10kR14Res1GNDRT1KR3Res11KR4Res11KR5Res11KR6Res11KR7Res11KR8Res11KR9Res1INOUTINOUT受器件局限实际参数选择如下：振荡电阻：470K检测电阻：0.33+0.27电感：3.3mH图68.PCB设计根据所画出的电路原理图画出PCB图，PCB设计如图7和图8所示：电力电子技术课程设计7/11图7a3D图背面3D图正面图89．器件清单器件清单如表1所示。表1器件清单CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantityCapPol1PolarizedCapacitor(Radial)C1Capacitor22UFCapPol11CapCapacitorC2,C3CapacitorCap2DiodeDefaultDiodeD1BYV26Diode1InductorInductorL1inductor3mhInductor1Header2Header,2-PinP1,P2HDR1X2Header22MOSFET-NN-ChannelMOSFETQ1TO-220MOSFET-N1电力电子技术课程设计8/11Res1ResistorR2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R11,R12,R13,R14AXIAL-0.4Res112HV9910U1HV9910soicHV9910110.波形测试实验参数如表2所示：表2实验参数对应表输入电压（V）输出电流（mA）门极信号对应图号CS端检测信号对应图号占空比90230DS000DS00628%100223DS001DS00725%110217DS002DS00822%120215DS003DS00920%130213DS004DS01018%140213DS005DS01117%测试波形如下所示：DS000DS006电力电子技术课程设计9/11DS001DS007DS002DS008DS003DS009电力电子技术课程设计10/11DS004DS010DS005DS011输入电压在90到140V之间，恒流范围在230到240mA之间，偏差10mA。从波形图可以看出随着输入电压的升高，HV9910门极输出信号的占空比逐渐减小，CS端信号峰值检测电流信号占空比也随着减小。实现了信号反馈，基本实现了恒流。11．总结通过一个星期紧张而又充实的实训之后，我们的有关恒流源的设计也基本进行完毕。在这紧张而又的一个星期之内，我们学习了如何利用MATLAB进行仿真，并通过改变电路中原件的参数，来实现改变电路稳定性的功能。通过对MATLAB操作与应用，让我深刻感受到MATLAB的强大之处，可以对所学习到的理论知识进行实际的操作运用。并且，在电路图与PCB图转换运用时可以很好的分析电路原理，能够熟练的掌握软件的使用。在实践中学会如何布线，如何制板和焊接。在焊接过程之中所存在的问题认真分析，锻炼了我分析问题和解决问题的能力。在对板子波形进行测试的过程中，对示波器的运用和通过调节电容大小分析波形的变化规律。在本次设计之中，让我平时所学习的理论知识得以运用，并且通过自己进行测试来锻炼自己的动手能力，从理论实践到实际运用，我感觉到自己的知识还十分有限，在以后的学习中多多加强自己的动手能力。