科信學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書2017/2018學(xué)年第一學(xué)期）課程名稱 ：《電力電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)題目：寬電壓輸入變頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化1425學(xué)生：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：增環(huán)、杜永、路巍等設(shè)計(jì)周數(shù)：兩周設(shè)計(jì)成績(jī) ：2018年1月5日引言開(kāi)關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓。開(kāi)關(guān)電源具有以下特征：①電源電壓和負(fù)載在規(guī)定的圍變化時(shí)，輸出電壓應(yīng)保持在允許的圍或按要求變化；②輸出與輸入之間有良好的電氣隔離；③可以輸出單路或多路電壓，各路之間有電氣隔離。常用的開(kāi)關(guān)電源多采用固定開(kāi)關(guān)頻率，當(dāng)輸入電壓過(guò)高時(shí)，占空比過(guò)小 ,開(kāi)通時(shí)間太短 ,可能引起開(kāi)通脈沖丟失，造成電源工作不穩(wěn)定。常用的開(kāi)關(guān)電源輸入是市電經(jīng)整流后的穩(wěn)定電壓，但一些供電不穩(wěn)定的場(chǎng)合或因某些設(shè)備導(dǎo)致市電局部不穩(wěn)定，輸入電壓會(huì)存在大圍的波動(dòng) , 為了適應(yīng)這種情況,本課程設(shè)計(jì)了一款 50v-260v的交流輸入,多路輸出的具有自主改變開(kāi)關(guān)頻率的輔助電源。根據(jù)輸入電壓大小改變開(kāi)關(guān)頻率 ,保證電源在寬輸入電壓圍 ,可靠的為系統(tǒng)供電。在本課題設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中 ,我們使用 Matlab數(shù)學(xué)仿真及 AltiumDesigner 軟件,并最終實(shí)現(xiàn)電路改造設(shè)計(jì),并達(dá)到預(yù)期的效果。關(guān)鍵字;寬輸入 變頻 開(kāi)關(guān)電源目錄一、開(kāi)關(guān)電源現(xiàn)狀和發(fā)展 41.1開(kāi)關(guān)電源現(xiàn)狀 41.2開(kāi)關(guān)電源類型 4二、設(shè)計(jì)方案 42.1設(shè)計(jì)要求 42.2設(shè)計(jì)思路 5三、方案設(shè)計(jì) 53.1 控制電路設(shè)計(jì) 53.2誤差放大器設(shè)計(jì) 93.3過(guò)/欠電壓保護(hù) 93.4過(guò)流/過(guò)載保護(hù) 103.5反激變壓器設(shè)計(jì) 103.6反饋回路設(shè)計(jì) 113.7設(shè)計(jì)小結(jié) 12四課程設(shè)計(jì)總結(jié) 12參考文獻(xiàn) 13一、開(kāi)關(guān)電源現(xiàn)狀和發(fā)展1.1開(kāi)關(guān)電源現(xiàn)狀目前，開(kāi)關(guān)電源正在向“四化”的方向發(fā)展：應(yīng)用技術(shù)的高頻化、硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、軟件控制的數(shù)字化和產(chǎn)品性能的綠色化。開(kāi)關(guān)電源最突出的優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕。這一優(yōu)點(diǎn)是和系統(tǒng)的高頻工作狀態(tài)相關(guān)的。進(jìn)一步提高工作頻率，電源的體積和重量將更加小，從而實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源的控制已經(jīng)由模擬控制，模數(shù)混合控制，進(jìn)入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制作為開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)在許多功率變換設(shè)備中得到應(yīng)用。近兩年來(lái)，高性能全數(shù)字控制芯片相繼開(kāi)發(fā)，費(fèi)用也降到比較合理的水平，歐美已有很多公司開(kāi)發(fā)并且制造出開(kāi)關(guān)變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。1.2開(kāi)關(guān)電源類型開(kāi)關(guān)電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式，頻率固定、脈沖寬度可變模式，頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于 DC/AC逆變電源，或 DC/DC電壓變換；后兩種工作模式多用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。另外，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣，前一種工作方式多用于 DC/AC 逆變電源，或DC/DC電壓變換；后兩種工作方式多用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。根據(jù)開(kāi)關(guān)器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開(kāi)關(guān)電源，大體上可分為：串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、變壓器式開(kāi)關(guān)電源等三大類。其中，變壓器式開(kāi)關(guān)電源（后面簡(jiǎn)稱變壓器開(kāi)關(guān)電源）還可以進(jìn)一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種；根據(jù)變壓器的激勵(lì)和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種；如果從用途上來(lái)分，還可以分成更多種類。二、設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)寬電壓輸入變頻開(kāi)關(guān)電源（ 1）認(rèn)真查閱選用器件的技術(shù)資料，參考教材中相關(guān)容，選擇合適的構(gòu)成方案，繪制總體結(jié)構(gòu)框圖。（ 2）設(shè)計(jì)并繪制完整的電路原理圖（ 3）按照計(jì)算電路參數(shù)和仿真波形的需要繪制仿真電路圖或建立仿真模型并進(jìn)行電路的計(jì)算機(jī)仿真（ 4）通過(guò)計(jì)算和仿真，選擇電路圖中所有元件，列出器件清單，包括器件名稱，型號(hào)和規(guī)格，封裝形式，數(shù)量等；對(duì)變壓器要說(shuō)明原副邊繞組的構(gòu)成以及每個(gè)繞組的電壓和電流。（ 5）在選擇電路參數(shù)下通過(guò)仿真獲取至少 9個(gè)主要點(diǎn)的波形，建議如下：核心控制芯片振蕩器的波形和控制輸出的波形，主開(kāi)關(guān)管承受電壓和流過(guò)電流的波形，變壓器原邊繞組電壓和電流的波形，變壓器各副邊繞組中電流的波形。（6）通過(guò)仿真驗(yàn)證控制電路器件參數(shù)的合理性，說(shuō)明在選定的參數(shù)下輸入電壓低至多少時(shí)電源仍能正常工作。（ 7）總結(jié)設(shè)計(jì)工作，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。2.2設(shè)計(jì)思路開(kāi)關(guān)電源大致由主電路操控電路、檢測(cè)電路、輔助電源四大部份組成主電路沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。輸入濾波器：其作用是過(guò)濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電， 這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分。 傳出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源?？刂齐娐芬环矫鎻膫鞒龆巳?，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去操控逆變器，改變其脈寬或脈頻，使傳出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供操控電路對(duì)電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。檢測(cè)電路提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。輔助電源實(shí)現(xiàn)電源的軟件（遠(yuǎn)程）啟動(dòng)，為保護(hù)電路和操控電路（ PWM等芯片）工作供電。三、方案設(shè)計(jì)3.1 控制電路設(shè)計(jì)UC3845 是高性能固定頻率電流模式控制器，為離線和直流至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。該集成電路的特點(diǎn)是：具有振蕩器、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器，電流取樣比較器和大電流圖騰柱輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET 的理想器件。其它的保護(hù)特性包括帶滯后的輸入和帶滯后的參考欠壓鎖定逐周電流限制單個(gè)脈沖測(cè)量鎖存，以及每隔一個(gè)振蕩周期將輸出消隱的觸發(fā)器。允許將輸出靜區(qū)定為 50%至70%。這些器件可提供

8管腳雙列直插塑料封裝和

14管腳塑料表面貼裝

SO-14

封裝

SO-14

封裝的圖騰柱式輸出級(jí)有分離的電源和接地管腳。

UC3845

是電流控制集成芯片

,其工作原理見(jiàn)圖

1，是在電壓控制型電路的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)電流反饋環(huán)節(jié)

,當(dāng)采樣電壓

Vs

與Ve相同時(shí),PWM

比較器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn),鎖存器置零,VT截止。因而誤差信號(hào) Ve實(shí)際上控制的是電感峰值電流。其它的保護(hù)