降压型PWM_AC-DC开关电源设计

空比，最后经过LC滤波电路的到所需电压。通过对输出电压的取样，比较和放大，调节控制脉冲的宽度，以达到稳压输出的目的。开关电源原理框图如下：

整流部分是利用具有单向导通性的二极管构成桥式电路来实现的;滤波部分是利用电容电感器件的储能效应，构成LC电路来实现的;降压部分是利用降压斩波电路来实现，控制方式为脉宽调制控制(PWM)，即在控制时对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。本次设计的开关电源控制时首先保持主电路开关元件的恒定工作周期(T=ton+toff)，再由输出信号与基准信号的差值来控制闭环反馈，以调节导通时间ton，最终控制输出电压(或电流)的稳定。

4.主电路设计及参数计算

4.1 主电路的设计

主电路主要完成对交流的整流滤波，对直流电压降压和滤波三个工作。

整流电路图设计如下：

工作时的波形图如下：

将整流后的得到的直流电压送入降压斩波电路，通过脉宽调制控制调节输出电压平均值，在经过LC滤波电路是电压稳定。降压斩波电路设计如下图：

脉宽调制控制型号有IGBT驱动电路发出;RCD保护电路用以缓冲IGBT在高频工作环境下关断时因为正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。

工作时的波形图如下：

4.2 主电路的参数确定

设计输入电流为频率50Hz的单相220V交流电，其脉冲周期为：

经过整流后得到的是只有正半部分的正弦波幅值与输入电压一样，但周期为输入电压一般，即

设计输出电压为直流24V稳压，电流为8A直流。占空比α通常取0.4~0.45，该电路取α=0.42，考虑IGBT和二极管的导通压降取0.8V，电感压降取0.2V。于是可以得到：

设计输出功率为200W，所以可以确定：

又由于Uin2=Uo1，确定电阻R1=100Ω，一次侧与二次侧线圈匝数比N1/N2=2，可以确定整流滤波电路中的回路电流及分压电阻R0为：

对于整流滤波电路中的四个二极管VD1、VD2、VD3、VD4，它们承受的反向最大峰值电压为输入电压Uin最大值的一半，约为77.8V;流过的最大平均电流约为0.5952A。所以我们可以选择正向平均电流I(AV)大于0.62A，反向重复峰值电压Urrm大于156V的电力二极管用来构成全桥。

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