电力电子课程设计开关电源设计
电力电子开关电源设计
电力电子开关电源设计一、引言在现代电力系统中，电力电子开关电源扮演着至关重要的角色。
它能够提供高效、稳定、可靠的电能转换功能，广泛应用于各种工业和民用领域。
本文将介绍电力电子开关电源的设计原理、技术挑战以及一些常见的设计方法。
二、设计原理电力电子开关电源的设计原理基于开关电路和能量转换理论。
其核心是通过开关元件的开关状态来控制电能的转换和调节。
在输入端，交流电源通过整流电路转换为直流电源，然后通过开关电路的控制，输出所需的电压和电流。
这种电能转换过程具有高效、快速响应等特点。
三、技术挑战在设计电力电子开关电源时，会面临一些技术挑战。
其中包括：1. 开关元件的选择：选择合适的开关元件对于电力电子开关电源的性能至关重要。
开关元件应具有低导通电阻、高耐压能力和快速开关速度。
2. 稳定性和抗干扰能力：电力电子开关电源应具备稳定的输出电压和电流，并对外部环境干扰具有较强的抵抗能力。
3. 效率和能量损耗：设计高效率的电力电子开关电源可以提高能源利用率，减少能量损耗，这对于可持续发展至关重要。
四、设计方法在电力电子开关电源的设计中，有几种常见的方法可供选择，包括：1. 升压转换器：升压转换器可以将输入电压提升到所需输出电压。
其核心是开关管的开关控制和电感元件的储能和释能。
2. 降压转换器：降压转换器可以将输入电压降低到所需输出电压。
常见的降压转换器包括降压型开关电源和线性稳压器等。
3. 变换频率电源：变换频率电源可以通过改变开关频率来控制输出电压。
这种设计方法可以实现高效率和快速响应的特性。
五、实例分析以太阳能光伏发电系统为例，设计一个电力电子开关电源用于将光伏电池板产生的直流电能转换为交流电能。
该电源需要稳定的输出电压和频率，在太阳能不足时能够自动切换到其他电源。
根据以上需求，可以选择采用变换频率电源的设计方法。
通过变换频率的方式，可以实现光伏电池板的最大功率追踪和输出电压的稳定。
六、结论电力电子开关电源的设计在现代电力系统中具有重要意义。
电力电子电源课程设计
电力电子电源课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电力电子电源的基本原理，掌握其工作流程及关键参数。
2. 学生能掌握常见电力电子器件的类型、结构及其在电源中的应用。
3. 学生能描述不同类型的电力电子电源的特点、适用范围及性能指标。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的电力电子电源电路，并进行仿真分析。
2. 学生能熟练使用相关软件工具，对电力电子电源进行性能预测和故障诊断。
3. 学生具备解决实际工程问题中电力电子电源选型、调试和优化能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子电源领域的兴趣，激发其探索精神和创新意识。
2. 学生能够认识到电力电子电源在节能减排、绿色环保等方面的重要性，树立社会责任感和使命感。
3. 学生通过团队协作完成课程设计，培养沟通、合作能力和集体荣誉感。
课程性质：本课程为应用性、实践性较强的课程，要求学生将理论知识与实际工程相结合，培养解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的电力电子基础，具有一定的分析和动手能力，但对实际工程应用尚缺乏深入了解。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践和团队协作，提高学生的综合应用能力。
通过课程目标分解，确保学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 电力电子器件原理与应用：涵盖电力二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等主要器件的结构、工作原理及其在电源系统中的应用。
2. 电力电子电源的基本电路：介绍AC-DC、DC-AC、DC-DC、AC-AC等基本电力电子变换电路及其工作原理。
3. 电力电子电源的设计方法：讲解开关电源、逆变器、充电器等电源设备的设计步骤、关键参数计算及电路仿真。
4. 电力电子电源的性能分析：分析影响电源性能的各种因素，如效率、功率因数、电磁干扰等，并提出相应的优化措施。
5. 电力电子电源的调试与故障诊断：介绍调试方法、故障诊断技巧及实际应用中的注意事项。
AC-DC-DC电源设计(电力电子课设)
_______________________________________________________________________________目录1 开关电源 (2)1.1开关电源的概念 (2)1.1.1 PWM技术简介 (2)1.1.2 降压型DC-DC开关电源原理简介 (3)1.2 开关电源的发展简介 (5)1.3 开关电源的发展展望 (6)2 主电路图设计 (7)2.1 三相整流部分 (8)2.2 直流斩波电路部分 (9)2.2.1 参数计算 (10)2.2.2 斩波仿真电路 (10)2.3 主电路仿真 (11)3 控制电路部分 (12)3.1 设计思想 (12)3.2 设计电路图 (13)4 最终设计方案 (15)总结 (17)参考文献 (18)附录 (19)_______________________________________________________________________________ AC-DC-DC电源(120V，500W)设计1 开关电源1.1开关电源的概念开关电源(Switch Mode Power Supply，SMPS)是以功率半导体器件为开关元件，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。
开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。
线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。
开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。
一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。
开关电源电路主要由整流滤波电路、DC-DC控制器（内含变压器）、开关占空比控制器以及取样比较电路等模块组成。
开关电源课程设计报告
电力电子课程设计报告题目：开关电源课程设计专业：电气自动化班级：电气1012姓名学号:日期： 2011 年11月 16日一、设计要求（1）输入电压：AC220±10%V（2）输出电压: 12V（3）输出功率:12W（4）开关频率: 80kHz二、反激稳压电源的工作原理图2-1 反激稳压电源的电路图三、反激电路主电路设计(1)(1)NpVdc Ton Vo TrNsm-=+（3-1）1.反激变压器主电路工作原理反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.1）工作过程：S 开通后，VD 处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加；S 关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD 向输出端释放。
反激电路的工作模式：反激电路的理想化波形S i S i t o t oft t t tU i OO O O 反激电路原理图电流连续模式：当S 开通时，W2绕组中的电流尚未下降到零。
输出电压关系： 电流断续模式：S 开通前，W2绕组中的电流已经下降到零。
输出电压高于式（8-3）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，….因此反激电路不应工作于负载开路状态。
B R B SB HO图 8-18 磁心复位过2. 设计原则和设计步骤变压器设计步骤：1）计算原边绕组流过的峰值电流。
哈工大电力电子课程设计报告-小功率开关电源
1 R1 的功率 PR1 C1Vs 2 f 0.225 W 2
式中： 最小关断时间 toff (1 Dmax ) 缓冲电容 C1 = 0.01 μF 二极管型号：HER107
1 10 μs f
3
哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）
图 1 反激式变换器原理图
1.2
变压器参数计算
（1） ． 计算原边绕组流过的峰值电流
I P 2 P0 /(Vs (min) Dmax ) 2 4.8 /(20 0.5) 0.98 A
式中 Po U o I o 16 (0.15 0.05 0.05 0.05) 4.8 W，为总输出功率
1.72 知，取 CT 102 ，则 RT 约为 35K，调节电位器 R7 使 RT CT
得输出 PWM 的频率约为 50K ，同时要注意输出 PWM 的幅值不能太高， 若太高则可能在接入开关管整机调试时烧毁开关管，取为 15V 即可。然后 调节电位器 R6 使得 R 6 4K ，使得在接入开关管后，辅助供电绕组的输出 电压约为 15V。
表 1 输出电压与负载电流关系
负载电流(mA)
20
40 16.1
60 16
80 15.9
100 15.8
输出电压（V） 16.2
为了调整负载调整率使得电源的带载能力更优，可以考虑更换变压器， 将绕组绕得更紧一些，同时可以加大输出虑波电容的容值，适当调整变压 器原边的缓冲电路参数及补偿回路参数。
7
哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）
S1 (d / 2) 2 0.075mm 2
原边绕组的截流面积 S w I P / J 0.96 / 4 0.24mm 2 则原边所需导线股数 nw （5） ． 计算气隙长度
(完整word版)开关电源课程设计
目录一、引言 (2)1.1设计背景 (2)1.2设计基本要求 (2)二、功率开关管的选择……………………………………………………………………………错误!未定义书签。
三、UC3842简介…………………………………………………………………………………..错误!未定义书签。
3.1 UC3842的结构 ......................................................................... 错误!未定义书签。
3.2 UC3842的功能 ......................................................................... 错误!未定义书签。
四、变压器设计 (6)4.1估算输入和输出功率 (6)4.2计算最小和最大输入电流 (7)4.3计算脉冲信号最大占空比 (8)4.4磁芯参数确定方法 (8)五、光耦信号传输电路 (9)5.1保护采样电路 (9)5.2微机处理芯片电路 (9)5.3变频器的控制方式选择 (10)六、输出滤波电路 (11)七、整体电路与实物 (12)八、心得体会 (14)一、引言1.1设计背景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。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。
双管DC/DC转换器有双管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），双管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter）和半桥式（Half-Bridge Converter）四种。
电力电子课程设计开关电源设计
控制电路原理图………………………………………………8
PWM控制变换原理……………………………………………9
SG3525的封装图………………………………………………9
保护电路…………………………………………………………10
5设计总结…………………………………………………………………10
输出滤波整流电路设计
输出整流电路图
整流输出二极管计算
二极管的最大反向电压：
二极管平均电流：
I==
二极管的电流有效值：
IVD=ID/ 2=
二极管的额定电压：
二极管的额定电流：
A
主电路原理图
3.主电路元器件清单
元器件名称：输入整流二极管型号：1N5404规格：反向工作电压400V，电流3A
元器件名称：滤波电容规格：容量300 ，耐压值25V
由于本次设计要求DC/DC 变换器为半桥，所以属于隔离型电路。
半桥式PWM DC/DC变换器，是由半桥式逆变器、高频变压器、输出整流器和直流滤波器组成，因此属于直流-交流-直流转换器。
半桥式DC/DC典型电路
上图为输出是全波整流电路的半桥式PWM DC/DC转换器的主电路，此电路实际上是两个正激式PWM DC/DC转换器的组合，每个正激式转换器的输入电压为 ，输出电压为 。变压器初级绕组的匝数为 ，两个次级绕组的匝数相等，即 = = ，变压器初次级绕组的匝数比K = 。
6参考文献…………………………………………………………………10源自1.课题任务参数指标:
设计0~24V开关电源，原始数据及主要技术指标：
（1）输入交流电压范围：175~245V，50Hz；
小型开关电源的设计——电力电子课程设计
目录目录 (3)第1章概论 (5)第2章课程设计目的与要求 (6)设计目的 (6)设计要求 (6)第3章整体设计思路及框图 (7)设计整体思路 (7)大体原理框图 (7)第4章开关电源设计 (8)开关电源的结构及原理 (8)主电路设计及原理分析 (9)整流滤波电路 (9)钳位保护电路 (9)单端反激电路 (10)输出滤波电路 (11)控制电路设计 (11)TOP223P芯片介绍 (11)反馈环节设计 (12)第5章元器件选型及变压器参数计算 (13)元器件的选型 (13)整流滤波元件选择 (13)变压器参数设计 (13)第6章总结与体会 (17)参考文献 (18)附录： (19)总电路图 (19)第1章概论开关稳压电源简称开关电源(Switching Power Supply)，因电源中起调整稳压控制功能的器件始终以开关方式工作而得名。
它是利用现代电力电子技术，通过控制开关管通断的时刻比率来维持输出电压稳固的一种电源，具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、纹波小、噪音低、智能化程度高、易扩容等优良特性，普遍应用在诸如运算机、彩色电视机、程控互换机、摄像机、VCD、电子游戏机等电子设备上。
随着电力电子技术的进展，专门是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速进展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳固性和高性价比等特性。
自20世纪90年代以来，许多领域和新的要求对开关电源提出了更新更高的挑战。
若是从一个开关电源的输入和输出窗口观察能够发觉，输入的要求变得更严，输出则派生出了许多特殊的应用领域，研制和开发的难度变得更大了。
正是由于外界的这些要求推动力两个开关电源的分支技术一直成为现今电力电子的研究课题，即有源功率因数校正技术和低压大电流高功率DC/DC变换技术。
通过20连年的不断进展，我国的开关电源技术有了重大进步和冲破。
随着开关电源性能的不断提高，虽然对开关电源的要求也愈来愈高，可是21世纪开关电源技术最终进展趋势是小型化、薄型化、轻量化、高频化；高靠得住性；低噪声、节能型等方向进展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电力电子课程设计开关
电源设计
文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
西安石油大学
课程设计
电子工程学院自动化专业1101班
题目开关电源设计
学生
指导老师
二○一四年五月
《电力电子》课程设计任务书
目录
任务书
1.课题任务 (4)
参数指标 (4)
设计要求 (4)
2.设计内容与方案 (4)
基本结构 (4)
输入整流电路设计 (4)
(4)
(5)
(5)
DC变换器设计 (5)
变换器总体概述 (5)
半桥式DC/DC典型电路 (6)
输出滤波整流电路设计 (6)
(6)
整流输出二极管计算 (7)
主电路原理图 (7)
3.主电路元器件清单 (8)
4控制和保护电路结构框图 (8)
(8)
控制变换原理 (9)
的封装图 (9)
保护电路 (10)
5设计总结 (10)
6参考文献 (10)
1.课题任务
参数指标:
设计0~24V开关电源，原始数据及主要技术指标：
（1）输入交流电压范围：175~245V，50Hz；
（2）输出直流电压范围：0~24V；
（3）输出最大功率：500W；
（4）开关工作频率：20KHz；
（5）输出电压稳定度：﹤%；
（6）电源效率：h>85%
设计要求：
（1）主电路的选型；
（2）主电路元器件参数的确定；
（3）控制和保护电路结构框图的设计;
（4）整理设计结果，提交设计报告.
2.设计内容与方案
输入整流电路设计
单相桥式输入整流电路设计
整流是将交流电变成脉动直流电的过程。
电源变压器输出的交流电经整流电路得到一个大小变化但方向不变的脉动直流电。
整流电路是由具有单向导电性的元件例如二极管、晶间管等整流元件组成的。
设计要求主电路为桥式二极管整流，单相桥式整流电路分为单相桥式半控整流电路和单相桥式全波整流电路两种，半控整流电路为了防止失控现象，必须加续流二极管，而单相桥式全控整流电路此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，也不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率高，基于
以上优点，采用单相桥式全控电路，它是由四个二极管接成电桥的形式构成的，四个二极管分为两组，正负半周轮流导通，但负载上电流方向不变，为全波整流。
单相半波整流电路如图（一）所示
图（一)单相桥式整流滤波电路
变压器参数计算
变压器一次侧输入为交流220V 、50Hz ，为U1，二次侧为U2，整流后的输出电压平均值为UO ，根据单相桥式整流电路经验公式，UO=。
输出直流电压为24V ，输出功率PO=500W ，则输出电流21A 。
电源效率为85%，则输入功率Pi=588W 。
整流管参数计算
二极管正向导通电压Ud=×220V=198V 电流Id=Pi ÷Ud=
二极管电流有效值I vd =Id ÷2=
二极管最大反向电压Urm=2×U2=
在考虑安全裕量的情况下，二极管额定电压
=⨯=rm N U U )3~2(～ 二极管额定电流=⨯=57.1)2~5.1(vd N I I 2~
根据以上数据，选用1N5404型号的整流二极管，最高反向工作电压为400V ，额定工作电流为。
DC 变换器设计
变换器总体概述
开关电源是用PWMDC/DC 变换器作为开关调节器的，因此PWMDC/DC 变换器是开关电源的主要组成部分，是开关电源的控制与功率转换核心。
PWMDC/DC 变换器，它是由功率半导体器件（开关管和二极管）和储能元件（电感或电容）组成的，通过对其中开关管的PWM 通断控制，讲一种数值的直流电压，转换成所需要的另一种数值的直流电压，并控制输入直流电源与负载之间的功率流动，把具有这种功能的转换器叫做PWMDC/DC 转换器。
PWMDC/DC 转换器的组成有两种方式：一种是由两级转换电路组成的DC/AC/DC 转换器，迁移级逆变，实现DC/AC 转换，后一级为整流，实现AC/DC 转换。
另一种是由开关管和二极管开关组合成PWM 开关，将输入直流电压经过斩波、滤波后，转换成另一种数值的直流电压输出。
由于本次设计要求DC/DC 变换器为半桥，所以属于隔离型电路。
半桥式PWMDC/DC 变换器，是由半桥式逆变器、高频变压器、输出整流器和直流滤波器组成，因此属于直流-交流-直流转换器。
半桥式DC/DC 典型电路
上图为输出是全波整流电路的半桥式PWMDC/DC 转换器的主电路，此电路实际上是两个正激式PWMDC/DC 转换器的组合，每个正激式转换器的输入电压为U i 2
1，输出电压为U o 。
变压器初级绕组的匝数为W 1，两个次级绕组的匝数相等，即
W 21=W 22=W 2，变压器初次级绕组的匝数比K=W W 2
1。
输出滤波整流电路设计
输出整流电路图
整流输出二极管计算
二极管的最大反向电压：
二极管平均电流：
I ==
二极管的电流有效值：
I VD=I
二极管的额定电压：
二极管的额定电流：
(1.5~2)14.1~18.81.57
VD N I I =⨯=A 主电路原理图
3.主电路元器件清单
元器件名称：输入整流二极管型号：1N5404规格：反向工作电压400V ，电流3A
元器件名称：滤波电容规格：容量300F μ，耐压值25V
元器件名称：N 沟道MOSFET
元器件名称：高频变压器规格：磁心FX3730，原副线圈匝数比136：16
元器件名称：输出整流二极管规格：电流为6A ，正向压降为
元器件名称：输出整流滤波电感规格：H μ
元器件名称：输出整流滤波电容规格：F μ
4控制和保护电路结构框图
控制变换原理
PWM 控制方式必须要求有产生恒定频率的震荡源作为比较的基准，这种震荡器称为“时钟震荡器”。
此外还必须要有脉冲宽度调制电路，也就是说，检测比较放大电路将误差电压信号放大后，必须将该电压信号变换成脉冲宽度信号，完成这种功能的电路称为“电压—脉宽转换”电路（用V/W 电路表示）。
然后由基极驱动电路激励高压开关晶体，调节导通脉冲宽度以实现稳压。
比如，由于某种原因（负载
电流减小或电网电压上升）使高频变压器副边输出电压的平均值增大，电源输出电压也将随之升高，反馈检测电路将这一电压变化量由电压-脉冲转换电路转换成脉冲宽度的变化，使脉冲宽度变窄，亦即使脉冲的占空比减小，高频变压器输出电压的平均值下降，从而使输出电压达到稳定；反之，若电源输出电压由于某种原因下降时，控制回路的输出脉宽将增大，高频变压器输出电压的平均值提高，使电源输出电压又回升到原来的数值。
这便是PWM控制变换器型开关电源的基本稳压原理。
本次PWM控制器设计采用的IC是SG3525芯片。
的封装图
引脚功能介绍
各引脚功能如下:
1脚、2脚分别为误差放大器的反相输入端和同相输入端;
3脚为同步输出端;
4脚为振荡器输出;
5脚、6脚分别外接内部振荡器的时基电容和电阻;
7脚接放电电阻;
8脚为软启动;
9脚为误差放大器的频率补偿端;
10脚为关断控制端,用于实现限流控制;
11脚、14脚为输出端;
12脚为接地端;
13脚接输出管集电极电源;
15脚接SG3525的工作电源,
16脚为基准电压;
保护电路
如上图，当Uo1输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1）的控制端得到触发电压，因此可控硅导通。
Uo2电压对地短路，过流保护电路或短路保护电路就会工作，停止整个电源电路的工作。
当输出过压现象排除，可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放，可控硅恢复断开状态。
5设计总结
经过这几天的课程设计，我收获颇丰。
这次做的课题是开关稳压电源，
涉及到很多模拟电路方面的知识。
经过这次设计，让我对模拟电路的知识又
重新系统的温习了一遍，让我对模拟技术知识有了更深的理解。
由于这次设计时间有点紧，在网上查了很多资料，对这个课题有了一些
初步的认识。
上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指
教我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。
6参考文献
【1】《开关电源设计与应用》科学出版社何希才主编
【2】《实用电子电路手册》高等教育出版社孙肖子主编
【3】《开关电源外围元器件选择与检测》中国电力电子出版社沙占友、庞志峰编。