西安石油大学。
课程设计。电子工程学院自动化专业 1101 班。
题目开关电源设计。
学生。指导老师。
二○一四年五月。
电力电子》课程设计任务书。
任务书。1.课题任务4
1.1参数指标4
1.2设计要求4
2.设计内容与方案4
2.1基本结构4
2.2输入整流电路设计4
2.2.1单相桥式输入整流电路设计4
2.2.2变压器参数计算5
2.2.3整流管参数计算5
2.3 dc/dc变换器设计5
2.3.1 dc/dc变换器总体概述5
2.3.2 半桥式dc/dc典型电路6
2.4输出滤波整流电路设计6
2.4.1输出整流电路图6
2.4.2 整流输出二极管计算7
2.5主电路原理图7
3.主电路元器件清单8
4控制和保护电路结构框图8
4.1.1pwm控制电路原理图8
4.1.2 pwm控制变换原理9
4.1.3 sg3525的封装图9
4.2保护电路10
5设计总结10
6参考文献10
1.课题任务。
1.1参数指标：
设计0~24v开关电源，原始数据及主要技术指标：
1）输入交流电压范围：175~245v，50hz；
2）输出直流电压范围：0~24v；
3）输出最大功率：500w；
4）开关工作频率：20khz ；
5）输出电压稳定度：﹤0.3%；
6）电源效率：h>85%
1.2设计要求：
1）主电路的选型；
2）主电路元器件参数的确定 ；
3）控制和保护电路结构框图的设计；
4）整理设计结果，提交设计报告。
2. 设计内容与方案
2.1基本结构。
2.2输入整流电路设计。
2.2.1单相桥式输入整流电路设计。
整流是将交流电变成脉动直流电的过程。电源变压器输出的交流电经整流电路得到一个大小变化但方向不变的脉动直流电。整流电路是由具有单向导电性的元件例如二极管、晶间管等整流元件组成的。
设计要求主电路为桥式二极管整流，单相桥式整流电路分为单相桥式半控整流电路和单相桥式全波整流电路两种，半控整流电路为了防止失控现象，必须加续流二极管，而单相桥式全控整流电路此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，也不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率高，基于以上优点，采用单相桥式全控电路，它是由四个二极管接成电桥的形式构成的，四个二极管分为两组，正负半周轮流导通，但负载上电流方向不变，为全波整流。单相半波整流电路如图（一）所示
图（一)单相桥式整流滤波电路。
2.2.2变压器参数计算。
变压器一次侧输入为交流220v、50hz，为u1，二次侧为u2，整流后的输出电压平均值为uo，根据单相桥式整流电路经验公式，uo = 1.2 u2。
输出直流电压为24v，输出功率po=500w，则输出电流21a。电源效率为85%，则输入功率pi=588w。
2.2.3整流管参数计算。
二极管正向导通电压ud =0.9×220v=198v 电流id = pi ÷ ud =2.97a
二极管电流有效值ivd = id ÷ 2.1a
二极管最大反向电压urm = u2 = 311.2v
在考虑安全裕量的情况下，二极管额定电压。
622.3～933.4v
二极管额定电流 2~2.67a
根据以上数据，选用1n5404型号的整流二极管，最高反向工作电压为400v，额定工作电流为3.0a。
2.3 dc/dc变换器设计。
2.3.1 dc/dc变换器总体概述。
开关电源是用pwm dc/dc变换器作为开关调节器的，因此pwm dc/dc变换器是开关电源的主要组成部分，是开关电源的控制与功率转换核心。
pwm dc/dc变换器，它是由功率半导体器件（开关管和二极管）和储能元件（电感或电容）组成的，通过对其中开关管的pwm通断控制，讲一种数值的直流电压，转换成所需要的另一种数值的直流电压，并控制输入直流电源与负载之间的功率流动，把具有这种功能的转换器叫做pwm dc/dc转换器。pwm dc/dc转换器的组成有两种方式：一种是由两级转换电路组成的dc/ac/dc转换器，迁移级逆变，实现dc/ac转换，后一级为整流，实现ac/dc转换。
另一种是由开关管和二极管开关组合成pwm开关，将输入直流电压经过斩波、滤波后，转换成另一种数值的直流电压输出。
由于本次设计要求dc/dc 变换器为半桥，所以属于隔离型电路。
半桥式pwm dc/dc变换器，是由半桥式逆变器、高频变压器、输出整流器和直流滤波器组成，因此属于直流-交流-直流转换器。
2.3.2 半桥式dc/dc典型电路。
上图为输出是全波整流电路的半桥式pwm dc/dc转换器的主电路，此电路实际上是两个正激式pwm dc/dc转换器的组合，每个正激式转换器的输入电压为，输出电压为。变压器初级绕组的匝数为，两个次级绕组的匝数相等，即 = 变压器初次级绕组的匝数比k =
2.4输出滤波整流电路设计。
2.4.1输出整流电路图。
2.4.2 整流输出二极管计算。
=\\frac}=\frac=26.67a', altimg': w': 204', h': 46'}]
二极管的最大反向电压：
=2\\sqrtu_=2\\sqrt×26.67v=75.43v', altimg': w': 326', h': 29'}]
二极管平均电流：
iadv=0.5i0=10.5a
二极管的电流有效值：
ivd=id/['altimg': w': 21', h': 29'}]2 =14.8a
二极管的额定电压：
=(2\\text3)×u_=150.86\\text226.29v', altimg': w': 321', h': 23'}]
二极管的额定电流：
=(1.5\\text2)×\frac}=14.1\\text18.8\\\altimg': w': 286', h': 68'}]a
2.5主电路原理图。
3.主电路元器件清单。
元器件名称：输入整流二极管型号：1n5404 规格：反向工作电压400v，电流3a
元器件名称：滤波电容规格：容量300，耐压值25v
元器件名称：n沟道mosfet
元器件名称：高频变压器规格：磁心fx3730，原副线圈匝数比136：16
元器件名称：输出整流二极管规格：电流为6a，正向压降为0.95v
元器件名称：输出整流滤波电感规格：19.2
元器件名称：输出整流滤波电容规格：6.25
4控制和保护电路结构框图。
4.1.1pwm控制电路原理图。
4.1.2 pwm控制变换原理。
pwm控制方式必须要求有产生恒定频率的**源作为比较的基准，这种**器称为“时钟**器”。此外还必须要有脉冲宽度调制电路，也就是说，检测比较放大电路将误差电压信号放大后，必须将该电压信号变换成脉冲宽度信号，完成这种功能的电路称为“电压—脉宽转换”电路（用v/w电路表示）。然后由基极驱动电路激励高压开关晶体，调节导通脉冲宽度以实现稳压。
比如，由于某种原因（负载电流减小或电网电压上升）使高频变压器副边输出电压的平均值增大，电源输出电压也将随之升高，反馈检测电路将这一电压变化量由电压-脉冲转换电路转换成脉冲宽度的变化，使脉冲宽度变窄，亦即使脉冲的占空比减小，高频变压器输出电压的平均值下降，从而使输出电压达到稳定；反之，若电源输出电压由于某种原因下降时，控制回路的输出脉宽将增大，高频变压器输出电压的平均值提高，使电源输出电压又回升到原来的数值。这便是pwm控制变换器型开关电源的基本稳压原理。
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