降压型PWM_AC-DC开关电源设计

对于斩波电路中的电力二极管VD，承受的最大反向重复峰值电压约为84.2V，最大正向平均电流I(AV)约为8.33A，所以我们可以选择正向平均电流I(AV)大于8.5A，反向重复峰值电压Urrm大于169V的电力二极管作为续流二极管。

对于斩波电路中的IGBT VT，集射极承受的最大电压Uce约为84.2V，流过的最大电流值约为8.33A，则最大耗散功率约为701.2W。所以我们可以选择最大集射极间电压大于85V，最大集电极电流大于8.5A，最大集电极功耗大于723W的IGBT。

综上所述，主电路的主要参数如下：

所用电力二极管和IGBT的导通压降约为0.8V，电感压降约为0.2V

1.整流滤波电路部分：

一次侧与二次侧线圈匝数比N1/N2：2

输入电压Uin：单相220V交流

输出电压Uo1：59.52V直流

回路电流平均值Io1：0.5952A

电阻R0：81.8Ω

电阻R1：100Ω

电力二极管VD1、VD2、VD3、VD4参数：

正向平均电流I(AV)≥0.62A，反向重复峰值电压Urrm≥156V

2.降压斩波电路部分：

输入电压Uin2：59.52V直流

输出电压Uo：24V稳压直流

回路电流平均值(输出电流)Io2：8.33A

输出功率：200W

电阻R2：2.88Ω

占空比α：0.42

电力二极管：

正向平均电流I(AV)≥8.5A，反向重复峰值电压Urrm≥169V

IGBT参数：

最大集射极间电压Uces≥85V，最大集电极电流Ic≥8.5A

最大集电极功耗Pcm≥723W

5.控制电路、驱动电路及保护电路的设计

5.1 控制及驱动电路设计[4]

本文设计的开关电源的控制及驱动电路的核心为三菱公司的M579系列驱动器。电路图如下所示：

该集成驱动器的内部包含有检测电路、定时及复位电路和电气隔离环节，可在发生过电流时能快速响应但慢速关断IGBT。输出的正驱动电压为+15V，负驱动电压为-10V。

5.2 保护电路的设计

本文设计的电源电路主要需要对IGBT在开通时采取di/dt保护和在关断时采取过电压保护，可选择复合缓冲电路作为IGBT的保护电路，电路图如下：

6.课程设计总结

通过本次课程设计，使我更加深刻地理解了直流斩波电路以及开关电源，了解了开关电源的基本结构、设计过程和实现的功能。使我了解到开关电源在电子设备、电力设备和通信系统的直流供电中得到广泛应用，在高频开关电源中，DC-DC变换是其核心。随着半导体技术的发展，高集成度，功能强大的大规模集成电路不断出现，使电子设备不断缩小，重量不断减轻，相应地要求系统供电电源的体积和重量相应减小，如何减小开关电源的体积，提高其效率，是将在在设计开关电源的过程需要着重考虑的一个方面。

本文首先对开关电源的发展历史、当下发展状况以及将来的发展趋势作了简要的介绍，随后阐述了降压型AC-DC开关电源的核心部分——DC-DC转换器(降压斩波电路)的拓扑结构及其工作原理，描述了DC-DC转换器的控制方法——脉宽调制控制(PWM)，并详细介绍了该控制方法的基本原理。在此基础上设计了一款基于电压控制模式的PWM降压型AC-DC开关电源，设计的内容包括主电路的设计、控制及驱动电路的设计和保护电路的设计，每个部分均给出设计电路图，重点分析了主电路的工作原理，并给出设计参数。

参考文献

[1]. 王兆安、黄俊. 电力电子技术. 机械工业出版社.2000

[2]. 赵同贺.开关电源设计技术与应用实例. 人民邮电出版社.2007

[3]. (美) Raymond A. Mack Jr. 开关电源入门.人民邮电出版社.2007

[4]. 童诗白、华成英.模拟电子技术(第四版).高等教育出版社.2006

[5]. 王水平. PWM控制与驱动器使用指南及应用电路. 西安电子科技大学出 办社.2005

[6]. 王兆安.电力电子交流技术(第4版).机械工业出版杜.2007

[7].脱立芳.降压型PWMDC_DC开关电源技术研究.西安电子科技大学硕士学位论文.2008

附录

本文所设计的降压型PWM AC-DC开关电源完整电路图如下：

[1] 1.1.1小节部分引用于(美) Raymond A. Mack Jr.的《开关电源入门》

[2] 1.1.2小节部分引用于王兆安编写的《电力电子交流技术(第4版)》和王兆安与黄俊共同编写的《电力电子技术》