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武汉理工大学《电力电子装置及系统》课程设计说明书
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武汉理工大学《电力电子装置及系统》课程设计说明书
单端反激 AC-DC-DC 电源
(20V,10W)设计
1 设计要求
初始条件:
设计一个 AC-DC-DC 电源,具体参数如下: 三相交流输入
220V/50Hz,输出直流电压 20V,纹波系数<5%,功率 10W。
要求完成的主要任务:
(1) 对 AC-DC-DC 电源进行主电路设计;
(2) 控制方案设计;
(3) 给出具体滤波参数的设计过程;
(4) 在 MATLAB/Simulink 搭建闭环系统仿真模型,进行系统仿
真;
(5) 分析仿真结果,验证设计方案的可行性。
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2 设计原理
2.1 高频开关电源基本组成
高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路以及控制驱动保护电路 3 大部
分组成。
2.1.1 开关电源的输入环节
1)输入浪涌电流和瞬态电压的抑制
(1)输入浪涌电流抑制
在合闸的瞬间,由于输入滤波电容的充电,在交流电源端会呈现非常低的阻
抗,产生大的浪涌电流,为了将浪涌电流控制在安全范围内,根据高频开关电
源功率的大小,一般采取以下两种方法:一种是限流电阻加开关,另一种是采
用负温度系数热敏电阻的方法。
限流电阻加开关的方法,是将限流电阻串接于交流线路之中或整流桥之后的
直流母线上,开关与限流电阻并联,当滤波电容充满电荷后,开关导通,短接
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武汉理工大学《电力电子装置及系统》课程设计说明书
电阻,因此可用晶闸管组成无触点开关。
选择具有负温度系数的热敏电阻 NTC 取代上述电阻,就不需要开关。在合
闸的瞬间 NTC 电阻的阻值很大,流过电流之后,温度上升,阻值迅速变小,既
可以限制浪涌电流,又可以保证输入环节在稳态工作时不消耗太大的功率。
对于功率很小的开关电源,可以直接在线路中串接电阻限制浪涌电流。
(2)输入瞬态电压抑制
通常是在交流线路间并联压敏电阻或者瞬态电压抑制二极管来抑制输入瞬态
电压。瞬态电压抑制二极管简称 TVS 器件,当承受一个高能量的瞬时过压脉冲
时,其工作阻抗能立即降至很低,允许大电流听过,并将电压钳制到预定水平,
它的应用效果相当一个稳压管,但 TVS 能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦,其
钳位响应时间仅为 1ps。在脉冲时间 10ms 条件下,TVS 允许的正向浪涌电流
可达 50A~200A。双向 TVS 适用于交流电路,单向 TVS 用于直流电路
2)线路滤波器
为防止开关电源和电网相互干扰,应该在输入线路上加入滤波器。
3)输入整流滤波
高频开关电源输入不用工频变压器,直接对交流电进行整流滤波。目前国
际上交流电网电压等级有两种:100v~115V 和 230V,频率为 50HZ 或
60HZ。整流滤波电路要适应交流电网电压的状况,现在很多开关电源都能适
应通用电网电压的范围,即输入电压为 85V~265V。高频开关电源的输入整流
电路一般采取桥式整流、电容滤波电路。
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2.1.2 功率变换电路
功率变换电路是开关电源的核心部分,针对整流以后不同的直流电压功率
变换电路有多种拓扑结构,单端反激拓扑电路及主要工作波形如图所示。
图 2-1 反激变换器拓扑及工作波形
2.1.3 控制及保护电路
开关电源的主要控制方式是 PWM。其中电压控制模式和峰值电流控制模
式被广泛使用。
1) PWM 电压控制模式
电压控制模式的原理如图 2-3 所示,它只有一个电压反馈环,误差放大器
的输出与恒定的三角波相比较,通过脉冲宽度调制,得到要求的输出电压。单
一回馈电压环使设计和调试比较容易;但是,当输入电压或负载突变时,要经
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colina585
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