降壓型PWM_AC-DC開關(guān)電源設(shè)計(jì)

對(duì)于斬波電路中的電力二極管VD，承受的最大反向重復(fù)峰值電壓約為84.2V，最大正向平均電流I(AV)約為8.33A，所以我們可以選擇正向平均電流I(AV)大于8.5A，反向重復(fù)峰值電壓Urrm大于169V的電力二極管作為續(xù)流二極管。

對(duì)于斬波電路中的IGBT VT，集射極承受的最大電壓Uce約為84.2V，流過的最大電流值約為8.33A，則最大耗散功率約為701.2W。所以我們可以選擇最大集射極間電壓大于85V，最大集電極電流大于8.5A，最大集電極功耗大于723W的IGBT。

綜上所述，主電路的主要參數(shù)如下：

所用電力二極管和IGBT的導(dǎo)通壓降約為0.8V，電感壓降約為0.2V

1.整流濾波電路部分：

一次側(cè)與二次側(cè)線圈匝數(shù)比N1/N2：2

輸入電壓Uin：單相220V交流

輸出電壓Uo1：59.52V直流

回路電流平均值Io1：0.5952A

電阻R0：81.8Ω

電阻R1：100Ω

電力二極管VD1、VD2、VD3、VD4參數(shù)：

正向平均電流I(AV)≥0.62A，反向重復(fù)峰值電壓Urrm≥156V

2.降壓斬波電路部分：

輸入電壓Uin2：59.52V直流

輸出電壓Uo：24V穩(wěn)壓直流

回路電流平均值(輸出電流)Io2：8.33A

輸出功率：200W

電阻R2：2.88Ω

占空比α：0.42

電力二極管：

正向平均電流I(AV)≥8.5A，反向重復(fù)峰值電壓Urrm≥169V

IGBT參數(shù)：

最大集射極間電壓Uces≥85V，最大集電極電流Ic≥8.5A

最大集電極功耗Pcm≥723W

5.控制電路、驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

5.1 控制及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[4]

本文設(shè)計(jì)的開關(guān)電源的控制及驅(qū)動(dòng)電路的核心為三菱公司的M579系列驅(qū)動(dòng)器。電路圖如下所示：

該集成驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部包含有檢測(cè)電路、定時(shí)及復(fù)位電路和電氣隔離環(huán)節(jié)，可在發(fā)生過電流時(shí)能快速響應(yīng)但慢速關(guān)斷IGBT。輸出的正驅(qū)動(dòng)電壓為+15V，負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓為-10V。

5.2 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的電源電路主要需要對(duì)IGBT在開通時(shí)采取di/dt保護(hù)和在關(guān)斷時(shí)采取過電壓保護(hù)，可選擇復(fù)合緩沖電路作為IGBT的保護(hù)電路，電路圖如下：

6.課程設(shè)計(jì)總結(jié)

通過本次課程設(shè)計(jì)，使我更加深刻地理解了直流斬波電路以及開關(guān)電源，了解了開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)過程和實(shí)現(xiàn)的功能。使我了解到開關(guān)電源在電子設(shè)備、電力設(shè)備和通信系統(tǒng)的直流供電中得到廣泛應(yīng)用，在高頻開關(guān)電源中，DC-DC變換是其核心。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，高集成度，功能強(qiáng)大的大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，使電子設(shè)備不斷縮小，重量不斷減輕，相應(yīng)地要求系統(tǒng)供電電源的體積和重量相應(yīng)減小，如何減小開關(guān)電源的體積，提高其效率，是將在在設(shè)計(jì)開關(guān)電源的過程需要著重考慮的一個(gè)方面。

本文首先對(duì)開關(guān)電源的發(fā)展歷史、當(dāng)下發(fā)展?fàn)顩r以及將來的發(fā)展趨勢(shì)作了簡要的介紹，隨后闡述了降壓型AC-DC開關(guān)電源的核心部分——DC-DC轉(zhuǎn)換器(降壓斬波電路)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作原理，描述了DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制方法——脈寬調(diào)制控制(PWM)，并詳細(xì)介紹了該控制方法的基本原理。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一款基于電壓控制模式的PWM降壓型AC-DC開關(guān)電源，設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括主電路的設(shè)計(jì)、控制及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，每個(gè)部分均給出設(shè)計(jì)電路圖，重點(diǎn)分析了主電路的工作原理，并給出設(shè)計(jì)參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]. 王兆安、黃俊. 電力電子技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社.2000

[2]. 趙同賀.開關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例. 人民郵電出版社.2007

[3]. (美) Raymond A. Mack Jr. 開關(guān)電源入門.人民郵電出版社.2007

[4]. 童詩白、華成英.模擬電子技術(shù)(第四版).高等教育出版社.2006

[5]. 王水平. PWM控制與驅(qū)動(dòng)器使用指南及應(yīng)用電路. 西安電子科技大學(xué)出 辦社.2005

[6]. 王兆安.電力電子交流技術(shù)(第4版).機(jī)械工業(yè)出版杜.2007

[7].脫立芳.降壓型PWMDC_DC開關(guān)電源技術(shù)研究.西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文.2008

附錄

本文所設(shè)計(jì)的降壓型PWM AC-DC開關(guān)電源完整電路圖如下：

[1] 1.1.1小節(jié)部分引用于(美) Raymond A. Mack Jr.的《開關(guān)電源入門》

[2] 1.1.2小節(jié)部分引用于王兆安編寫的《電力電子交流技術(shù)(第4版)》和王兆安與黃俊共同編寫的《電力電子技術(shù)》