大功率开关电源设计(7)

2019-03-21 17:35

湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书

Iave=

Pm1375==3.35A E410计算单相全波整流电路滤波电容的经验公式为:

Cm=400~600Iave

由于三相全波整流电路的基波频率为单向电路的3倍,因此计算三相电路滤波电路的公式为:

Cm=133~200Iave

所以,

Cm= 200×3.35= 670uF

根据计算结果,在实际电路中,我们选用1O00 uF/4OOV 的电解电容4只两两串联后再并联组成滤波电容组。

3.4.3 输入滤波电感

电感中最大电流为交流输入电压下限时通过直流输入电路的平均电流 Iave=3.35A

理论上输入滤波电感越大,电流脉动越小,输入功率因素越高,但受体积重量和价格的限制,并根据绕制厂家的现有工艺水平,选用C15×32×l05硅钢片铁心,线径为1.6毫米,电感量为18mH的工频电感。电感量的确定较难精确计算,可通过实验确定。

3.5 逆变电路的设计

3.5.1 功率转换电路的选择

根据第二章的分析可知,该电源属于大功率电源,采用全桥式功率转换电路.

3.5.2 确定电路工作频率f

考虑到开关管的参数、控制电路及主电路的特性等因素,选取开关桥的工作频率为30KHz。

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3.5.3 选用高压开关管

(1) 耐压

根据相关文献可以查到,全桥功率转换电路高压开关管上施加的最高电压为

VCEM=E,对应于最高输入电网电压的输入整流电路的直流输出电压EM:

EM = Uinmax?2?380?(1?20%)?2=640V

考虑各种因素的影响取50%的裕量640×(l+50%)=960V (2) 开关电流

在一些参数尚不知道的情况下,我们需要估算开关管的电流,以便选择开关管和计算输出滤波电路。在高频变压器的计算中,我们估算了实际占空比Dmax为0.658,Dmin为0.252。

输入整流滤波电路的最大输出电流平均值:

Immax=

1375PM==3.3A Emm380?(1?20%)?1.35此时,Dmax= 0.658 峰值电流为3.3/0.658= 5.09A 输入整流滤波电路的最小输出电流值:

Immin=

1375PM==2.23A Emm380?(1?20%)?1.35此时,Dmin=0.252

峰值电流为2.32/0.252= 8.86A 所以,开关管估算最大电流值为8.86A

根据计算所得的结果分析,我们选取三菱电机公司第三代IGBT单管CM60HSA24作为高压开关管,其耐压为1200V,电流容许值为60A。

3.5.5 隔直电容Cb的选择

在第二章中,我们对主电路的工作模式进行了分析,对电路的重要参数之间的关系进行了推导,得出了如下关系式:

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△T = 4 * LL* Cb/DT

其中: △T为初级电流下降的时间;

LL为变压器的漏感;

D为占空比;

变压器的漏感与绕线工艺及磁芯形状等有关,绕制好的变压器漏感基本不变。在前面,我们设定电路的工作频率为30KHz,计算得到的最大占空比

Dmax=0.658,并且我们假设初级电流下降的时间为4uS,所以

Cb=

?T?D?T =4.7uF

4?LL3.6 输出整流滤波电路

输出整流滤波电路是通过快恢复整流二极管的整流和滤波电感及滤波电容将高频变压器输出的高频交变电压或电流编程要求的输出电压或电流。因为输出电压比较高(22OV),所以高频变压器的副边选用桥式整流,以提高安全可靠性。下面对输出整流电路的各部分进行一下分析与计算。

3.6.1 输出整流二极管

因为输出二极管工作于高频状态(30KHz),所以应选用快恢复二极管。 (1) 输出整流二极管的耐压

高频变压器副边的输出最高电压峰值为:

V2max=V1max×

79N1=380×(1+20%)×2×=783.6V

65N2所以加在输出整流二极管上最高的反压为783.6V (2) 输出整流二极管的电流

输出整流二极管流出的电流即为流过输出滤波电感的电流,所以其有效值为5.25A。

根据以上分析,同时考虑一定的裕量,选取RURU3O12O作为输出二极管。该二极管的耐压为120V,额定电流为30A。

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3.6.2 输出滤波电感

根据相关文献的公式可以得到:

L﹥

VI?V0t

2I0minon选I0min为额定负载电流的5%,即I0min= 5×5% =0.25A

T=1/fs=1/30×103=33.3uS

Tonmin=(Dmin*T)/2=4.2uS

V2max= 783.6V

此时的电感电流增量不得大于2I0min,所以

?Vomin783.6?195?4.2?10?6=4.94×10L=V2max?Tomin=

2?0.252Iomin所以选取滤波电感为4.94×10?3H

?3H

3.6.3 输出滤波电容

(1) 根据输出纹波电压?V0来计算滤波电容的大小:

220?(1?0.252)V(1?Dmin)C=0==11.66×10?6F 32f2Lo?Vo32?300002?4.9?10?3?0.1(2) 根据输出电压动态幅度?V0来求出滤波电容的大小

L0I2omaxC=

2Vp?V0其中,I0max为输出电流的最大值取5A,Vp为电源从满载突变到空载时输出电压的上冲幅度,取该值为22lV

因此,输出滤波电容为:

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5.9?10?3?52C==334uF

2212?2202取以上两者最大值,并考虑一定裕量,最后取C= 5OOuF

3.7 输出整流滤波电路

输出整流滤波电路是通过快恢复整流二极管的整流和滤波电感及滤波电容将高频变压器输出的高频交变电压或电流编程要求的输出电压或电流。因为输出电压比较高(22OV),所以高频变压器的副边选用桥式整流,以提高安全可靠性。下面对输出整流电路的各部分进行一下分析与计算。

3.7.1 输出整流二极管

因为输出二极管工作于高频状态(30KHz),所以应选用快恢复二极管。 (1) 输出整流二极管的耐压

高频变压器副边的输出最高电压峰值为:

V2max=V1max×

79N1=380×(1+20%)×2×=783.6V

65N2所以加在输出整流二极管上最高的反压为783.6V (2) 输出整流二极管的电流

输出整流二极管流出的电流即为流过输出滤波电感的电流,所以其有效值为5.25A。

根据以上分析,同时考虑一定的裕量,选取RURU3O12O作为输出二极管。该二极管的耐压为120V,额定电流为30A。

3.7.2 输出滤波电感

根据相关文献的公式可以得到:

L﹥

VI?V0t

2I0minon选I0min为额定负载电流的5%,即I0min= 5×5% =0.25A

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