电力电子课程设计报告
直流开关电源的设计
学 院： 信息科学与工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师：
日 期： 2013年8月21日
目 录
1.课题任务介绍 ................................................................................................................................ 1
1.1 技术参数： ....................................................................................................................... 1 1.2 设计要求： ....................................................................................................................... 1 2.直流开关电源总体认知 ............................................................................................................... 1
2.1开关电源的概念 ................................................................................................................ 1 2.2直流开关电源基本结构 .................................................................................................... 1 2.3直流开关电源的工作原理 ................................................................................................ 2 3.直流开关电源设计流程 ............................................................................................................... 2
3.1输入整流电路设计 ............................................................................................................ 2
3.1.1单相桥式输入整流电路设计 ................................................................................ 2 3.1.2变压器参数计算： ................................................................................................ 3 3.1.3整流管参数计算 .................................................................................................... 3 3.1.4滤波电容计算 ........................................................................................................ 3 3.2 DC/DC变换器设计 ............................................................................................................ 4
3.2.1 DC/DC变换器总体概述 ........................................................................................ 4 3.2.2 半桥式DC/DC典型电路如下 ............................................................................... 4 3.2.3 PWM DC/DC变换器的工作原理 ............................................................................ 5 3.2.4 DC/DC变换器参数计算 ........................................................................................ 5 3.3输出滤波整流电路设计 .................................................................................................... 9
3.3.1输出整流电路图 ..................................................................................................... 9 3.3.2 输出电感的设计 .................................................................................................... 9 3.3.3 输出电容的计算 .................................................................................................. 10 3.3.4 整流输出二极管计算 .......................................................................................... 11 3.4 驱动电路设计 ................................................................................................................. 12
3.4.1 MOSFET管的基本工作原理 ................................................................................ 12 3.4.2 IR2110芯片介绍 ................................................................................................ 13 3.4.3 半桥驱动电路分析图如下 ................................................................................. 14 3.4.4 半桥驱动器器件参数选择 ................................................................................. 16 3.5 PWM控制电路设计 .......................................................................................................... 16
3.5.1 PWM控制变换原理 .............................................................................................. 16 3.5.2 SG3525的封装图 ................................................................................................ 17 3.5.3 SG3525芯片介绍 ................................................................................................ 18 3.5.4 SG3525参数计算 ................................................................................................ 18 3.6 反馈电路设计 ................................................................................................................. 18 4. 电路原理图与波形图汇总 ....................................................................................................... 19
4.1 电路原理图 ..................................................................................................................... 19
4.1.1 主电路原理图 ..................................................................................................... 19 4.1.2 PWM控制电路原理图 .......................................................................................... 19 4.1.3 驱动电路原理图 ................................................................................................. 20 4.2 各部分电路波形图 ......................................................................................................... 20
4.2.1 单相桥式整流电路电压波形图 ......................................................................... 20 4.2.2 MOSFET驱动电路波形 ........................................................................................ 21
5. 主电路元器件清单 ................................................................................................................... 21
6. 电路仿真 ................................................................................................................................... 22
6.1 仿真技术总体简介 ......................................................................................................... 22 6.2 SPICE和PSPICE仿真程序介绍 .................................................................................... 22 6.3 仿真图表 ......................................................................................................................... 23
6.3.1 平均整流输入电压如下 ..................................................................................... 23 6.3.2 交流输入均方根电压如下 ................................................................................. 23 6.3.3 平均桥二极管 Pd ............................................................................................... 24 6.3.4 峰值到峰值输出纹波电压 ................................................................................. 24 6.3.5 频率 ..................................................................................................................... 25 6.3.6 效率 ..................................................................................................................... 25 6.3.7 总输出功率 ......................................................................................................... 26
7. 设计总结与感想 ....................................................................................................................... 27 8. 致谢 ........................................................................................................................................... 27 9. 参考文献 ................................................................................................................................... 27
1.课题任务介绍
1.1 技术参数：
装置输入电源为单相工频交流电源（220V+20％），输出电压Vo=24V，输出电流Io=5A，最大输出纹波电压100mV，工作频率f=100kHz。
1.2 设计要求：
1) 设计主电路，建议主电路为：整流部分是桥式二极管整流，大电容滤波，DC/DC 部分采用半桥变换器，主功率管用MOSFET；
2) 选择主电路所有图列元件，并给出清单； 3) 设计MOSFET 驱动电路及控制电路；
4) 绘制装置总体电路原理图，绘制：①单相桥式整流电路各点电压波形；②MOSFET 驱动电压、全桥电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（将①②波形分别汇总绘制，注意对应关系）；
5) 利用仿真软件分析电路的工作过程 6) 编制设计说明书、设计小结。
2.直流开关电源总体认知
2.1开关电源的概念
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。直流开关电源功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的直流电压（精电）。
2.2直流开关电源基本结构
交流输入 220V
直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此DC/DC转换器的分类基本上就是
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整流滤波 DC/DC变换器 输出整流 直流输出 驱动器 PWM 取样反馈