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PLC课程设计报告
题目降压型PWM AC-DC开关电源设计
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
学院名称
目录
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PWM技术简介 3
降压型DC-DC开关电源原理简介 4
2. 降压型PWM AC-DC开关电源设计的基本要求 6
3. 电路总体方案的设计及相关原理 6
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主电路的设计 7
主电路的参数确定 8
、驱动电路及保护电路的设计 10
控制及驱动电路设计 10
保护电路的设计 11
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参考文献 12
附录 13
开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类,DC/DC变换器现已实现模块化,且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化,并已得到用户的认可,但AC/DC的模块化,因其自身的特性使得在模块化的进程中,遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。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。
AC/DC变换是将交流变换为直流,其功率流向可以是双向的,功率流由电源流向负载的称为整流,功率流由负载返回电源的称为有源逆变。AC/DC换器输入为50/60Hz的交流电,因必须经整流、滤波,因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的,同时因遇到安全标准(EE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA),交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件,这样就限制AC/DC电源体积的小型化,另外,由于内部的高频、高压、大电流开关动作,使得解决EMC电磁兼容问题难度加大,也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求,由于同样的原因,高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大,限制了AC/DC变换器模块化的进程,因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。
PWM技术简介
随着电子技术的发展,出现了多种PWM技术,其中包括:相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等,而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法,它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。
模拟信号的值可以连续变化,其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件,因为它的输出电压并不精确地等于9V,而是随时间发生变化,并可取任何实数值。与此类似,从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内,例如在{0V,5V}这一集合中取值。
模拟电压和电流可直接用来进行控制,如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中,音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时,电阻值变大或变小;流经这个电阻的电流也随之增加或减少,从而改变了驱动扬声器的电流值,使音量相应变大或变小。与收音机一样,模拟电路的输出与输入成线性比例。
尽管模拟控制看起来可能直观而简单,但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是,模拟电路容易随时间漂移,因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热,其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感,任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。
通过以数字方式控制模拟电路,可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外,许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器,这使数字控制的实现变得更加容易了。
降压型DC-DC开关电源原理简介
将一种直流电压变换成另一种固定的或可调的直流电压的过程称为DC-DC交换完成这一变幻的电路称为DC-DC转换器。根据输入电路与输出电路的关系,DC-DC 转换器可分为非隔离式DC-DC转换器和隔离式DC-DC转换器。降压型DC-DC 开关电源属于非隔离式的。
降压型DC-DC转换器主电路图如下:
其中,功率IGBT为开关调整元件,它的导通与关断由控制电路决定;L和C为滤波元件。驱动VT导通时,负载电压Uo=Uin,负载电流Io按指数上升;控制VT关断时,二极管VD可保持输出电流连续,所以通常称为
续流二极管。负载电流经二极管VD续流,负载电压Uo近似为零