直流高压电源毕业论文

1 引言随着电子技术的高速发展, 电子设备的种类与日俱增。任何电子设备都离不开可靠的供电电源, 对电源供电质量的要求也越来越高, 而开关电源在效率、重量、体积等方面相对于传统的晶体管线性电源具有显著优势。正是由于开关电源的这些特点, 它在新兴的电子设备中得到广泛应用, 已逐渐取代了连续控制式的线性电源。图1 功率主电路原理图2 功率主电路本电源模块采用半桥式功率逆变电路。如图1 所示, 三相交流电经EM I 滤波器滤波, 大大减少了交流电源输入的电磁干扰, 同时防止开关电源产生的谐波串扰到输入电源端。再经过桥式整流电路、滤波电路变成直流电压加在P、N 两点间。P、N 之间接入一个小容量、高耐压的无感电容, 起到高频滤波的作用。半桥式功率变换电路与全桥式功率变换电路类似, 只是其中两个功率开关器件改由两个容量相等的电容C1 和C2代替。在实际应用中为了提高电容的容量以及耐压程度, C1 和C2 往往采用由多个等值电容并联组成的电容组。C1、C2 的容量选值应尽可能大, 以减小输出电压的纹波系数和低频振荡。由于对体积和重量的限制, C1和C2 的值不可能无限大, 为使输出电压的纹波达到规定的要求, 该电容值有一个计算公式[3 ] , 即:整流电路半波整流全桥整流滤波电容CIL2 3 f gVUgV LVMIL4 3 f gVUgV LVM22 《电气开关》(2008. No. 1)式中, IL 为输出负载电流, V L 为输出负载电压,V M 为输入交流电压幅值, f 为输入交流电频率, VU为输出的纹波电压值。这是一个理论上的计算公式, 得到的满足要求的电容计算值比较大, 实际取的电容应尽量大一些, 由于输出端电压较小, 也可以在二次整流滤波时加大电容,这样折算到该公式的电容值也不小。C1 和C2 在这里实现了静态时分压, 使V A= V inö 2。当VT1导通、VT2截止时, 输入电流方向为图中虚线方向, 向C2 充电, 同时C1通过V T1 放电; 当V T 2 导通、V T 1 截止时, 输入电流方向为图中实线方向, 向C1 充电, 同时C2 通过V T 2 放电。当V T1 导通、V T 2 截止时,V T 2 两端承受的电压为输入直流电压V in。IGBT 的集- 射极间并接RC 吸收网络, 降低开关管的开关应力, 减小IGBT 关断产生的尖峰电压; 并联二极管实现续流的作用。二次整流采用单相桥式整流电路, 通过后续的LC 滤波电路, 消除高频纹波, 减小输出直流电压的低频振荡。LC 滤波电路中的电容由多个高耐压、大容量的电容并联组成, 以提高电源的可靠性, 使输出直流电压更加平稳。3 PWM 集成芯片SG3525 的功能特点[2 ]SG3525 是一款功能齐全、通用性强的单片集成PWM 芯片。它采用恒频脉宽调制控制方案, 适合于各种开关电源、斩波器的控制。其主要功能包括基准电压产生电路、振荡器、误差放大器、PWM 比较器、欠压锁定电路、软启动控制电路、推拉输出形式。SG3525 的基本外围电路接线图如图2 所示。该芯片与其它同类型的芯片相比具有许多突出的特点。图2 SG3525 的基本外围接线图(1) 频率可调, 一般通过改变CT 和R T (见图2) 的值来调节PWM 波的输出频率, 其频率的计算公式为:f =1Cr (0. 67R T+ 1. 3R D )(2) 死区时间可调, 通过调节R D 即可改变死区时间的大小, 防止逆变桥的上下桥臂直通。(3) 具有PWM 脉冲信号封锁功能, 当10 脚电压高于2. 5V 时, 可及时封锁脉冲输出, 防止出现过压、过流、过热故障时对电路产生危害。(4) 芯片内振荡器工作频率为100Hz～ 400kHz。设有引脚3 为同步端, 为多个SG3525 联用提供方便。(5) 具有软启动电路, 比较器的反相输入端即软启动控制端芯片的引脚8, 可外接软启动电容C。该电容器内部的基准电压V ref由恒流源供电, 达到2. 5V 的时间t= (2. 5V ö50LA )C, 占空比由小到大(50% ) 变化。(6) 内置PWM (脉宽调制) 锁存器将比较器送来的置位信号锁存, 并将误差放大器上的噪声、振铃及系统所有的跳动和振荡信号消除。只有在下一个时钟周期才能重新置位, 系统的可靠性高。4 SG3525 的应用电路及工作原理利用SG3525 建立的大功率直流开关电源控制电路如图3 所示, 下面主要介绍调压和限流模块。图3 SG3525 外围控制电路如图3, 电压反馈电路通过光电耦合器实现了强电输出部分与弱电控制部分的隔离。光电耦合器采用的是Hp 4504, 当输入端电流在0～ 4mA 之间的时候, 输入与输出之间的电流传递比呈线性关系, 设计的时候选择合适的限流电阻, 控制输入端电流在0～ 3mA 之间变化。当输出电压U out升高时, 光电耦合器的输出端发射极电流I e 呈线性增大, 使发射极电压V e 增大, 通过C2、C3、R 4、R 5 的滤波稳压后输入到引脚1 的V 1 也随之增大。当V 1 增大时, 经误差放大9 脚电压下降, 比较器输出的脉冲宽度变宽, 11 和14 脚输出的PWM 脉冲宽度反而变窄, 从而使输出电压U out降低; 反之, 当U out下降使1 脚电压减小, 9 脚电压升高, 11 和14 脚输出的PWM 脉冲宽度变宽。总之, 1 脚电压V 1 的增大与减小《电气开关》(2008. No. 1) 23反映了输出电压U out的上升与下降, 最终都表现在11、14 脚输出PWM 脉冲的宽窄变化上, 以实现电路的自动稳压调节。利用光耦电流传输比的线性段, 可以做到输入输出的线性变化, 用在反馈电路当中, 不仅降低了成本,而且使输入与输出隔离, 同时在稳压效果上也能与电压传感器相媲美, 在实际应用当中, 不失为一种可取的方法。通过输出端电流传感器得到的电流采样信号V i与给定的限流基准电压U refi作比较, 外接负载变化使输出电流U out变化时,V i 也会相应的改变。当Iout增大使V i 大于V refi时, 运算放大器L 1A 的输出端V b 为低电平。此时,L 2A 的输出端V 2 将被直接拉低为低电平, 2脚相当于接地, 输出端11 和14 脚无脉冲输出, 开关电源出现“打嗝”现象, 起到了限流作用。与此同时, 输出电流Iout减小使得V 2 再次被拉高, 11 和14 脚恢复脉冲输出, 开关电源正常工作, 以此达到输出电流的动态平衡过程。图4 赛米控SKYPER 32PRO 驱动模块5 IGBT 的驱动电路IGBT 的触发和关断要求给其栅极和发射极之间加上正向和反向电压, 并且需要一定的动态驱动功率,才能保证IGBT 的及时触发和关断。本电源的IGBT 驱动采用赛米控(Sem ik ron )SKYPER32PRO 驱动模块。该控制核是一个半桥式驱动模块, 集驱动、内部隔离、电气保护于一体。与同类型的产品相比, SKYPER32PRO 具有许多特点。(1) 采用具有双向传输功能的脉冲变压器, 通过这种方法在原边与副边之间传输驱动信号和状态信号,并将能量传递到副边。(2) 该组件设计为即插即用, 使用方便, 并且已经进行了全面的电测试和温度测试。(3) 采用单电源供电模式, 同时对驱动桥臂的双边供电。(4) 具有短脉冲抑制功能, 能自动修复由SG3525送出的双路PWM 波, 使波形更加平稳。(5) 具有VCE 监测、欠压监测、欠压复位和死区互锁功能等。6 样机研制主要技术指标:输入电压: 三相AC380V ±5%输出电压:DC220V ±2%输出电流: 50A额定功率: 11kW所得试验样机额定负载时的输出波形如图5 (a) 所示。由图5 (a) 实际读数可知, 输出电压从0V 上升到220V 的响应时间为1s 左右, 电源系统具有较快的响应速度。同时, 由图5 (b) 中的电压波形局部放大图可见, 输出电压为220V 时, 电压波动在2V 左右, 其最大电压波动小于1%。图 57 结论利用SG3525 和SKYPER32PRO 的强大功能设计了一台11kW、220V 的直流开关电源。本电源设计简单, 调试方便, 所需元器件较少, 体积小, 成本低。负载在全范围内变化时, 本电源均能够保持良好的输出性能。试验数据表明指标满足设计要求, 输出纹波系数控制在小于1% 的范围内。参考文献[ 1 ] 周志敏, 纪爱华. IGBT 和IPM 及其应用电路[M ]. 北京: 人民邮电出版社, 2006.[ 2 ] 王英剑, 常敏慧. 新型开关电源实用技术[M ]. 北京: 电子工业出版社, 1999.[3 ] 张古松, 开关电源原理与设计[M ]. 北京: 电子工业出版社,2002.[ 4 ] 方大千, 鲍俏伟. 实用电子控制电路[M ]. 北京: 国防工业出版社, 2002.收稿日期: 2008- 01- 03作者简介: 邓国栋(1983- ) , 硕士研究生, 主要从事电能变换与控制理论方面的研究工作.

直流稳压电源的设计报告一、目的与要求1．实验目的通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。2．设计任务设计一波形直流稳压电源，满足：(1)当输入电压在220V±10%时，输出电压从3－12V可调，输出电流大于1A；(2)输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10-3，输出内阻小于欧。3．设计要求(1)电源变压器只做理论设计；(2)合理选择集成稳压器；(3)完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图，自制印刷板；(4)撰写设计报告、调试总结报告及使用说明书。二、仪器与器材自耦调压器、双踪示波器、万用表（模拟或数字）、交流毫伏表各一台，自制电路板的各种工具一套及元器件若干。三、原理与分析1．直流稳压电源的基本原理直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。各部分的作用：（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。（2）整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。（3）三端集成稳压器：常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为。其典型电路如图2，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo＝（1＋R2/R1）式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为）。2．稳压电流的性能指标及测试方法 稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。测试电路如图3。（1） 纹波电压：叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。（2）稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即：（3） 电压调整率：输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。（4） 输出电阻及电流调整率输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值.电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可 答案补充 hao

毕业设计直流电源的制作(原理分析)

一、主电路 从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

二、控制电路

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定。

另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

三、检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。

四、辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。