pwm开关电源毕业设计

pwm开关电源毕业设计内容摘要：

在最大占空比和最低输入电压的条件下，输出电压能达到要求的上限，考虑到电路中的压降，输出电压应留有裕量，即， m in ( 380 38 ) ( 1 5% ) 439iUV      （ ） 式中 ， kT 为电压比； Uimin 为输入直流电压最小值，应选取输入电压下限并注意考虑电压的纹波； Dmam为最大占空比； Uomax为最高输出电压； U 为电路中的压降，应包含整流二极管和电路中的线路压降等。 此设计中， Uimin 取输入电压下限的整流电压，并送去该电压波动量的一半。 整流滤波电路的 Uo=（ 1～ ） U1，本设计取。 m in ( 380 38 ) ( 1 5% ) 439iUV      取 440V Dmax同控制电路有关，此处选为。 Uomax选 为最高输出电压 280V， U 选2。 将以上数 据代入式 （ ） ，可得：  变压器 铁心的选取 计算出电压比后，可根据以下公式选取合适的铁心： Tew s c cPAA f Bd k  () 式中， eA 为铁心磁路 截面积； wA 为铁心窗口面积； TP 为变压器传输的功率；sf 为开关频率； B 为铁心所允许的最大磁通密度的变化范围； cd 为变压器绕组导体的电流密度； ck 为 绕组在铁心窗口中的填充因素。 根据式（ ）计算铁心截面积 — 窗 口面积的积，其中 TP 取 2800W，开关频 率 sf 取 50kHz，材料选为铁氧体，其中 B 取 ， 导体电流密度 cd 选取4A/mm2， 即 4179。 106A/m2,窗口填充因素 ck 选取。 如此，则 得 ： 741. 4 10ewA A m 按照铁氧体 铁心生产厂家提供的手册，可以选择国产 E 型磁 芯 E65，查表邵阳学院毕业设计（论文） 16 ，得其铁心截面积为 4179。 104 2m ，窗口面积为 179。 104 2m ，铁心截面积— 窗口面积的积为 179。 107m4，可以满足要求 表 国产 EE 型磁芯 尺寸规格 型号 外形尺寸 /mm 磁芯 截面积 Ae/cm2 A B C h H D E12 3 8 12 4 6 3 E16 4 10 16 5 8 4 E20 5 13 20 10 5 E24 6 16 24 8 12 6 E30 7 18 30 9 15 7 E43 12 28 43 14 12 E55 17 37 55 17 E65 20 43 65 20 4 E85 28 55 85 29 29 28 E110 36 72 110 37 37 32 变压器 绕组匝数 选定铁心后，便可 以计算出绕组匝数。 由于电压比已知，可以首先计算一次或二次绕组中的任意一个，然后根据电压比失算出另一个绕组匝数。 通常计算二次匝数更容易些，计算公式为 ： veSN BA () 式中， N 为所计算的绕组匝数； vS 为这一绕组承受的最大伏 — 秒面积，其定义为 0 onTvTS U dt B 为铁心材料允许的最大磁通密度变化范围； eA 为铁心截面积。 为保证在任何条件下铁心不饱和，设计时应按最大伏 — 秒面积计算匝数。 因为电路中电压的波形都是方波，所以最大伏 — 秒面积的计算可以简化为电压和脉冲宽度的乘积。 通常计算二次侧最大限度伏 — 秒面积较为方便。 对半桥型、全桥型号、推挽型电路，有： m a x 20m a x [ ]onTvTS U dt  0max 2TsU （ ） 因此，二次绕组匝数的设计公式可简化为： 邵阳学院毕业设计（论文） 17 对半桥型、全桥型、推挽型电路 02 2U TsN BAe  （ ） 根据 （ ） 计算出绕组匝数为： N2=35 匝 一次绕组匝数可由二次绕组匝数和电压比推算得到，为： N1=N2KT=49 匝 变压器 绕组导体截面 根据流过每个绕组的电流值和预先选定的电流密度，中计算出绕组导体截面为： IAc dc （ ） 根据式 （ ） 可得二次绕组的导体截面积为： Ac2=179。 106m2 = 根据电压比可以推算出一次绕组导体的截面积为： Ac1= 输出滤波电路的设计 首先根据应用场合选定主要工作条件 ， 选择合 适的开关频率 fs：开关频率的选取主要应考虑 4 个因素：即整机体积、功率损耗、主开关的承受能力和电磁干扰的影响。 一般有 fs 越高，功耗越大，产生的电磁干扰也越大，但外接电路中的电感、电容元件值可以越小，整个系统的体积也就越小；还受主开关的工作频率的限制。 另外，为避免开关噪声对通信电路的影响， fs 应避开。 经过高频开 关 变压器降压后的脉动电压同样要使用二极管和电容进行整流和滤波，只是此时整流时的工作频率很高，必须使用具有快速恢复功能的肖特基整流二极管，普通的整流二极管难当此任，而整流部分使用的电容也不能有太大的交流阻 抗，否则就无法滤除其中的高频交流成分，因此选择的电容不但容量要大，还要有较低的交流电阻才行。 滤波电感 首先选定允许的电感电流最大纹波值，然后按如下公式计算电感值： 邵阳学院毕业设计（论文） 18 对全桥、半桥、推挽电路， max ^4iTULk fs I  （ ） 式中， L 为滤波电感的值； maxiU 为输入电压最大值取 280V； fs 为开关频率取 50Khz； ^I 为允许的电感最大纹波波峰峰值取最大输出电流的 20%，即 2A。 根据式（ ）可得电感： L=7179。 104H = 计算出电感值后，根据电感值和流过电感的电流，按如下公式选定电感铁心： m^mm axIIaxaxewccLAA B k d （ ） 式中， eA 为铁心磁路截面积； wA 为铁心窗口面积； L 为电感值； mIax 为电感电流最大有效值； m^Iax 为电感 电流最大峰值； maxB 为磁 路 磁通密度最大值， cd 为电感绕组导体的电流密度； ck 为绕组在铁心窗口中的填充因素。 其中，电 感值 L 取；电感电流最大有效值 mIax 取最大输出电流 10A；电感电流最大峰值 m^Iax 取最大输出电流加上电感 电流最大纹波峰峰值 ^I 的一半 ，即 11A；磁路磁通密度最大值取 ；电感绕组导体密度 cd 取 4A/mm2 绕组在铁心窗口中的填充因素 ck取。 计算得铁心磁 路截面积与窗口的乘积 ewAA 应满足： 10ewA A m 按照铁氧体铁心生产厂家提供的手册，可以选择铁心型号为 E55B，查表 得其铁心截面积为 179。 104m2， 窗口面积为 Aw=(BA)179。 2h/2=37179。 104m2，铁心截面积 — 窗口面积的乘积为 179。 106m4可以满足要求。 再按下式计算绕组匝数： ^maxmaxIL LN B Ae （ ） 72LN  匝 按如下式计算气隙： 20 Lu AeNl L （ ） 其中， 0u 为真空磁导率，其数值为 74 10 /Hm  ， 得 邵阳学院毕业设计（论文） 19 10lm 注意到铁心由两半对合而成，气隙长度应为 2 倍的铁心间距，因此铁心间距应取。 然后根据电感 电流和预先选定的电流密度，可以计算出电感绕组的导体截面为 ： mm 开关器件及二极管的设计 变压器和滤波电路设计完毕后，电路中各元器件的电压和电流对数基本确定，就可以开始开关器件及二极管的设计了。 开关器件及二极管的设计应遵循以下两个原则： （ 1） 器件工作时的电压和电流都不应走出其安全工作区（ SOA） IGBT、MOSFET 以及各种二极管都应有相应的安全工作区，这也是其 产品手册的重要内容。 值得注意的是，开关器件在实际电路中承受的电压和电流都是脉冲波，因此脉冲安全工作区是最有指导意义的。 （ 2） 工作时的结温不能超过最大结温，由于半导体在较高的温度条件下会变成导体，从而失去电压阻断能力，因此器件工作中管芯的结温不能超过允许值，这一上限同管芯材料和工艺有关。 对于采用目前普遍使用的硅材料制造的各种高频开关器件，如 IGBT、 MOSFET 和 GTR 而言，其结温上限为 125℃～ 175℃。 器件工作中都会产生损耗，以热的形式通过器件的壳体散发到环境中，传热过程中结 — 壳间就会形成温差。 在实际的设计中，应该计算 出器件工作时的电压和电流峰值，并根据安全工作区（ SOA）来初步选择器件的电压和电流容量，然后根据估算的器件发热功率、最高环境温度和热阻等参数来估算工作时的结温，并应留有裕量。 变压器二次侧整流二极管的设计 二极管承受的反向电压最大值为整流电压最大值除以变压器电压比，取220V，考虑到二极管关断时会有过电压，并考虑到输入电压的浪涌等因素，因此选取二极管的耐压不低于 600V。 流过二极管的峰值电流为 ： ^^m ax 0 m axDI I I   （ ） 邵阳学院毕业设计（论文） 20 按式（ ） 设计流过的二极管的峰值电流，得： max 11DIA  流过二极管的最大平均电流为： ^ max 0max12DII （半桥型号、全桥型、推挽电路 ） =5A （ ） 所选取的二极管允许的峰值电流应大于 11A，平均电流应大于 5A。 根据二极管的平均电流可以估算其通态损耗为： maxDon D DP I U （ ） 式中， UD 取二极管在流过峰值电流时的通态压降，根据有关产品手册取 2V，则 ： 10DonPW 二极管的开关损耗根据经验，按通态损耗的 ～ 2 倍估算，即 ， 20DSPW 在每个二极管单独安装在 1 个散热器 的条件下，根据二极管的损耗功率（即发热功率）和器件的结温上限以及温度的上限。 可以计算出允许的散热热阻的上限为： JM A Mth J th CD o n D STTR c R A PP     （ ） 式中， thJRc 为二极管的结壳热阻； thCRA 为散 热器的热阻； JMT 为二极管允许的最高结温； AMT 为技术 要求中环境温度的上限。 二极管的结壳热阻散热器热阻不能超过 /CW ，这是选取二极管及其散热器的依据。 查表 ，型号为 DSEI1206A 的二极管，其反向耐压为 600V，正向电流为 14A，结 — 壳热阻 RthJc 为 2℃ /W，其管壳与散热器的接触热阻典型值为℃ /W，这样，散热器 台面到环境 的热阻就不能大于 ，这意味着要有较大的散热器，并需要强制冷风，不太合理。 因此，选择另一种电流容量更大的型号为 DSEI3006A 的二极管，其反向耐压为 600V，正向 电流为 37A，结 —壳热阻 RthJc 为 1K/W，管壳与散热器的接触热阻典型值为 ℃ /W，散热器台面到环境的热阻应小于 ℃ /W。 如果 4 个二极管安装在同一散热器上，并邵阳学院毕业设计（论文） 21 使用了绝缘垫，则应考虑绝缘垫的热阻，并且散热器热阻应按 1 个二极管计算值的 1/4 选取。 表 IR 和 IXYS 公司典型的快恢复二极管参数 （ 1） IR公司 型号 URRM/V IF/A TC/℃ UFM/A IFSM/A tRR/ns(1A,25℃ ) R(TH)JC/℃ /w IN389„ 100～ 400 12 100 150 300 IRD3900,1,2,3 100～ 400 20 100 250 350 B40HFL„ S05 100～。