高频开关电源的设计与实现资料
电力电子技术课程设计报告
题目高频开关稳压电源
专业电气工程及其自动化
班级
学号
学生姓名
指导教师
2016年春季学期
起止时间：2016年6月25日至2016年6月27日
设计任务书11 高频开关稳压电源设计√
一、设计任务
根据电源参数要求设计一个高频直流开关稳压电源。
二、设计条件与指标
1.电源：电压额定值220±10%，频率：50Hz；
2. 输出:稳压电源功率Po=1000W,电压Uo=50V；
开关频率:100KHz
3.电源输出保持时间td=10ms(电压从280V下降到250V)；
三、设计要求
1.分析题目要求，提出2~3种电路结构，比较并确定主电路
结构和控制方案；
2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图，并设置必要的
保护电路；
3.参数计算，选择主电路及保护电路元件参数；
4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化；
5.撰写课程设计报告。
四、参考文献
1.王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社；
2.林渭勋等，《电力电子设备设计和应用手册》；
3.张占松、蔡宣三，《开关电源的原理与设计》，电子工业
出版社。
目录
一、总体设计 0
1．主电路的选型（方案设计） 0
2.控制电路设计 (3)
3.总体实现框架 (3)
二、主要参数及电路设计 (4)
1.主电路参数设计 (4)
2.控制电路参数设计 (6)
3.保护电路的设计以及参数整定 (7)
4.过压和欠压保护 (7)
三、仿真验证（设计测试方案、存在的问题及解决方法） (8)
1、主电路测试 (8)
2、驱动电路测试 (9)
3、保护电路测试 (9)
四、小结 (10)
参考文献 (10)
一、总体设计
1．主电路的选型（方案设计）
由于本设计的要求为输入交流电压220±10%V，输出直流电压为50V,因此主电路应分为两级。前级电路可以选用含电容滤波的单相不可控整流电路把交流电转换成直流电，后级电路可以选用降压变换把较高直流电压转换成低直流电压。
其中：
a.前级电路（含电容滤波的单相不可控整流电路）
b.后级电路（降压变换）
其中：
可供选择的有BUCK电路，全桥变换电路和单管正激电路。
如图：
（1）Buck变换电路属于非隔离型电路，能实现降压的DC--DC变换，结构简单，控制也简单。但是它的输入电流脉动大，且没有隔离，输出级和输入级容易相互干扰。
图2
（2）全桥变换器属于隔离型变换器，变压器双向励磁，容易做到大功率。但是它成本高结构比较复杂，特别是控制电路需要多组隔离型驱动电路且有直通和偏磁问题。
（3）正激电路属于隔离型DC--DC变换电路，它电路简单，成本低且可靠性高。单管正激电路的驱动电路也很简单，它适用于功率在几百瓦到几千瓦的电路。
由于此次设计需要的功率为一千瓦的降压DC--DC变换器，所以综合上面电路的特点，选择单管正激电路。
所以，主电路如下图：
2.控制电路设计
此次设计采用脉冲宽度调制方式（PWM）频率为100K的电压闭环控制，PWM波由反馈电压和100K的三角波通过运放生成。
3.总体实现框架
电路总体设计为：交流220V输入经过不控全桥整流滤波，再通过单管正激电路进行DC--DC降压变换滤波输出。输出电压采样反馈和基准电压比较后经过PI调节参与PWM波合成，从而形成闭环调节。（如图6）
图6
总实现电路图：
二、主要参数及电路设计
1.主电路参数设计
AC 220V 经过不控全桥整流滤波后，1kw 负载的时候输入电压为300V ，要求输出电压是50V ，由
D N N U U i o 1
2
取1N =300，2N =100，因此
占空比D =0.5。
根据设计要求开关频率为100kHZ,则开关周期T =10us ，当D =0.5的时候，为了方便要求其可靠复位取rst T =2um ，由on rst T N N T 1
3
=
，可知3N =120。
功率是1000W ，输出电压是50V ，则输出电流o I =20A ，负载取
Ω=5.2o R 的阻性负载。
取输出电流纹波I ?=0.125A ，由)1(2min
D fI U L o o
-=得输出滤波电感为1mH 。
取输出电压纹波U ?=125mV ，由)1(82D U
Lf U C o
-?=得，输出滤波
电容C =10mF 。
经过计算，上面取值满足2
1D RT L -≥，则电路工作正在电感电流连续模式下。
o U ------------------输出电压
i U ------------------正激电路输入电压 rst T ------------------3N 电流下降时间 on T ------------------周期内开通时间 T -------------------开关周期
1N ------------------变压器初级线圈匝数
2N ------------------变压器次级线圈匝数
N------------------变压器复位线圈匝数
3
D------------------占空比
L------------------输出级滤波电感
C------------------输出级滤波电容
f------------------开关频率
I------------------输出电流
o
?-----------------输出电压纹波
U
I?------------------输出电流纹波
2.控制电路参数设计
根据设计要求：取基准电压为50V；电压反馈系数为1；三角波峰值为1，频率为100kHz。
PI参数的整定：
先设I参数为0，从0开始在增加P参数，当P参数增加到0.0004时候系统出现震荡。从0.0004开始减小到0.00015时候震荡消失。取P参数为0.0003时候系统快速性较好且超调不大。
开始增加I参数，增加到0.00013时系统稳定且准确性较好。
控制电路如图：