降壓型PWM_AC-DC開關(guān)電源設(shè)計

1.輸出直流電壓：24V

2.輸出功率：約200W

設(shè)計基本要求:

1.設(shè)計主電路;

2.設(shè)計控制電路和保護電路;

3.計算主電路電力電子器件參數(shù);

4.繪制主電路、控制電路和保護電路電路圖;

5.繪制完整電路圖。

3.電路總體方案的設(shè)計及相關(guān)原理

電源有一種輸入，即單相220V交流電壓，設(shè)計輸入電壓變動范圍為 20%。有一種輸出：24V直流電壓，輸出功率約為200W。交流220V經(jīng)過一個濾波整流電路后得到直流電壓，送入DC-DC降壓斬波電路，控制電路提供控制信號控制IGBT的關(guān)斷，調(diào)節(jié)直流電壓的占空比，最后經(jīng)過LC濾波電路的到所需電壓。通過對輸出電壓的取樣，比較和放大，調(diào)節(jié)控制脈沖的寬度，以達到穩(wěn)壓輸出的目的。開關(guān)電源原理框圖如下：

整流部分是利用具有單向?qū)ㄐ缘亩O管構(gòu)成橋式電路來實現(xiàn)的;濾波部分是利用電容電感器件的儲能效應(yīng)，構(gòu)成LC電路來實現(xiàn)的;降壓部分是利用降壓斬波電路來實現(xiàn)，控制方式為脈寬調(diào)制控制(PWM)，即在控制時對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖,用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。本次設(shè)計的開關(guān)電源控制時首先保持主電路開關(guān)元件的恒定工作周期(T=ton+toff)，再由輸出信號與基準(zhǔn)信號的差值來控制閉環(huán)反饋，以調(diào)節(jié)導(dǎo)通時間ton，最終控制輸出電壓(或電流)的穩(wěn)定。

4.主電路設(shè)計及參數(shù)計算

4.1 主電路的設(shè)計

主電路主要完成對交流的整流濾波，對直流電壓降壓和濾波三個工作。

整流電路圖設(shè)計如下：

工作時的波形圖如下：

將整流后的得到的直流電壓送入降壓斬波電路，通過脈寬調(diào)制控制調(diào)節(jié)輸出電壓平均值，在經(jīng)過LC濾波電路是電壓穩(wěn)定。降壓斬波電路設(shè)計如下圖：

脈寬調(diào)制控制型號有IGBT驅(qū)動電路發(fā)出;RCD保護電路用以緩沖IGBT在高頻工作環(huán)境下關(guān)斷時因為正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。

工作時的波形圖如下：

4.2 主電路的參數(shù)確定

設(shè)計輸入電流為頻率50Hz的單相220V交流電，其脈沖周期為：

經(jīng)過整流后得到的是只有正半部分的正弦波幅值與輸入電壓一樣，但周期為輸入電壓一般，即

設(shè)計輸出電壓為直流24V穩(wěn)壓，電流為8A直流。占空比α通常取0.4~0.45，該電路取α=0.42，考慮IGBT和二極管的導(dǎo)通壓降取0.8V，電感壓降取0.2V。于是可以得到：

設(shè)計輸出功率為200W，所以可以確定：

又由于Uin2=Uo1，確定電阻R1=100Ω，一次側(cè)與二次側(cè)線圈匝數(shù)比N1/N2=2，可以確定整流濾波電路中的回路電流及分壓電阻R0為：

對于整流濾波電路中的四個二極管VD1、VD2、VD3、VD4，它們承受的反向最大峰值電壓為輸入電壓Uin最大值的一半，約為77.8V;流過的最大平均電流約為0.5952A。所以我們可以選擇正向平均電流I(AV)大于0.62A，反向重復(fù)峰值電壓Urrm大于156V的電力二極管用來構(gòu)成全橋。