降壓型PWM_AC-DC開關電源設計

1.輸出直流電壓：24V

2.輸出功率：約200W

設計基本要求:

1.設計主電路;

2.設計控制電路和保護電路;

3.計算主電路電力電子器件參數;

4.繪制主電路、控制電路和保護電路電路圖;

5.繪制完整電路圖。

3.電路總體方案的設計及相關原理

電源有一種輸入，即單相220V交流電壓，設計輸入電壓變動范圍為 20%。有一種輸出：24V直流電壓，輸出功率約為200W。交流220V經過一個濾波整流電路后得到直流電壓，送入DC-DC降壓斬波電路，控制電路提供控制信號控制IGBT的關斷，調節(jié)直流電壓的占空比，最后經過LC濾波電路的到所需電壓。通過對輸出電壓的取樣，比較和放大，調節(jié)控制脈沖的寬度，以達到穩(wěn)壓輸出的目的。開關電源原理框圖如下：

整流部分是利用具有單向導通性的二極管構成橋式電路來實現的;濾波部分是利用電容電感器件的儲能效應，構成LC電路來實現的;降壓部分是利用降壓斬波電路來實現，控制方式為脈寬調制控制(PWM)，即在控制時對半導體開關器件的導通和關斷進行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖,用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。本次設計的開關電源控制時首先保持主電路開關元件的恒定工作周期(T=ton+toff)，再由輸出信號與基準信號的差值來控制閉環(huán)反饋，以調節(jié)導通時間ton，最終控制輸出電壓(或電流)的穩(wěn)定。

4.主電路設計及參數計算

4.1 主電路的設計

主電路主要完成對交流的整流濾波，對直流電壓降壓和濾波三個工作。

整流電路圖設計如下：

工作時的波形圖如下：

將整流后的得到的直流電壓送入降壓斬波電路，通過脈寬調制控制調節(jié)輸出電壓平均值，在經過LC濾波電路是電壓穩(wěn)定。降壓斬波電路設計如下圖：

脈寬調制控制型號有IGBT驅動電路發(fā)出;RCD保護電路用以緩沖IGBT在高頻工作環(huán)境下關斷時因為正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。

工作時的波形圖如下：

4.2 主電路的參數確定

設計輸入電流為頻率50Hz的單相220V交流電，其脈沖周期為：

經過整流后得到的是只有正半部分的正弦波幅值與輸入電壓一樣，但周期為輸入電壓一般，即

設計輸出電壓為直流24V穩(wěn)壓，電流為8A直流。占空比α通常取0.4~0.45，該電路取α=0.42，考慮IGBT和二極管的導通壓降取0.8V，電感壓降取0.2V。于是可以得到：

設計輸出功率為200W，所以可以確定：

又由于Uin2=Uo1，確定電阻R1=100Ω，一次側與二次側線圈匝數比N1/N2=2，可以確定整流濾波電路中的回路電流及分壓電阻R0為：

對于整流濾波電路中的四個二極管VD1、VD2、VD3、VD4，它們承受的反向最大峰值電壓為輸入電壓Uin最大值的一半，約為77.8V;流過的最大平均電流約為0.5952A。所以我們可以選擇正向平均電流I(AV)大于0.62A，反向重復峰值電壓Urrm大于156V的電力二極管用來構成全橋。