电力电子课程设计报告书.doc

1实 训 设 计 说 明 书课程名称： 电力电子实训设计 设计题目： 开关恒流电源设计 专 业： 电气工程及其自动化 班级：电自 班 学生姓名： 学号: 指导教师: 2016 年 05 月 20 日21.引言电力电子技术课程设计是电气、电子、机电及其相关专业教学中的一个重要组成部分通过电力电子技术课程设计的训练，可以全面调动学生的主观能动性，融会贯通其所学的电路、电子技术、自动控制和电力电子技术等课程基本原理和基本分析方法，进一步把书本知识与工程实际需要相结合，实现知识向技能的转化在电路设计过程中，为了检验所设计的电路性能，必须搭建实际电路，以实验方式检验和联调电路，整体设计过程不仅研制时间长、而且人为因素较大，其设计质量取决于设计者准备工作是否充分，也取决于设计者的经验、技能、信心和耐心了解、掌握和考核相关应用技术重点和难点就是学习和应用一些工程设计方法和技能，包括了以下几个方面：（1）技术文献的应用，利用图书、论文和网络资源查找相关和相近的信息，整理和索取所需的资料和参数。

2）至少掌握一种电路设计辅助软件，本课程设计只要求掌握 Multisim，以及相类似电路设计辅助软件3）掌握和使用 PCB 制板、电路制作工艺，本课程设计对 PCB 制板和电路制作工艺要求较高，也是课程设计是否成功和达标的关键4）掌握基本测试仪器使用技能，本课程设计要求掌握的仪器有万用表、示波器等5）掌握构建实验和测试条件的方法，课程设计当中往住是分步骤和分测试模块进行的，因此分布构建各步骤和测试模块，成为实验和测试的关键6）掌握和使用 multisim、saber 、proteous 和 matlab 等工程设计软件，辅助设计电路的基本方法2.设计任务（1）Buck Chopper 开关电源设计，要求正确选择控制方案，查阅参考资料2）绘制电气控制原理图，包括主电路图，正确选择或设计元器件，订列元器件目录清单；（3）设计部分工艺图纸（电气控制图，电器元件布置图，安装接线图） ；（4）编制完整的设计说明书3.仿真设计3.1 AC-DC 仿真AC-DC 电路图 1 如图所示，由交流电源二极管组成的整流桥，电极电容和无极性电容组成3图 1AC-DC 电路图各仿真参数如表（1）所示表（1）AC-DC 电路器件仿真参数表序号 名称 数据库 组 系类 参数设置1 AC-POWER 主数据库 Sources POWER SOURCES 220V 50Hz2 1N4007 主数据库 Diodes DIODE3 1N4007 主数据库 Diodes DIODE4 1N4007 主数据库 Diodes DIODE5 1N4007 主数据库 Diodes DIODE6 C1 主数据库 Basic CAP ELECTROLIT 22uF7 C2 主数据库 Basic CAPACITOR 100nF8 R1 主数据库 Basic RESISTOR 1MΩAD-DC 仿真结果如图 2 所示。

其中图 2 红线为交流输入的波形，绿线为整流滤波输出波形图 2 交流输入波形4从图中可以看出交流输入的峰值是 311V，有效值为 220V，满足峰值和有效值的公式：交流有效值为峰值的 0.707 倍整流滤波输出直流电压为 310V，满足整流后的波形为输入的 1.4 倍完全满足理论设计要求3.2 DC-DC 仿真 1DC-DC 如电路图 3 所示，由 V2 产生脉冲信号控制开关管 Q1 来控制电路的通断，再通过电感和二极管还有电容输出直流电压，实现电压的降落图 3DC-DC 电路图各仿真参数如表（2）所示表（2）AC-DC 电路器件仿真参数表序号 名称 数据库 组 系类 参数设置1 AC-POWER 主数据库 Sources POWER SOURCES 220V 50Hz2 1N4007 主数据库 Diodes DIODE3 1N4007 主数据库 Diodes DIODE4 1N4007 主数据库 Diodes DIODE5 1N4007 主数据库 Diodes DIODE6 C1 主数据库 Basic CAP ELECTROLIT 22uF7 C2 主数据库 Basic CAPACITOR 100nF8 R1 主数据库 Basic RESISTOR 1MΩ5脉冲要波形如图 4 所示图 4 脉冲波形图DD-DC 仿真结果如图 5 所示。

其中图 5 红线为输入的波形，蓝线为输出波形从图中可以看出直流输入的峰值是 307.5V，整流滤波输出直流电压为 96.2V，完全满足理论设计要求3.3 DC-DC 仿真 2DC-DC 如电路图 3 所示，由 V2 产生脉冲信号控制开关管 Q1 来控制电路的通断，再通过电感和二极管还有电容输出直流电压，实现电压的降落64 开关恒流源设计4.1 具体设计要求4.2 HV9910 介绍HV9910 是 PWM 高效率 LED 驱动 IC它允许电压从 8VDC 一直到 450VDC 而对HB LED 有效控制 HV9910 通过一个可升至 300 KHz 的频率来控制外部的 MOSFET，该频率可用一个电阻调整 LED 串是受到恒定电流的控制而不是电压 , 如此可提供持续稳定的光输出和提高可靠度输出电流调整范围可从 MA 级到 1.0AHV9910 使用了一种高压隔离连接工艺，可经受高达 450V 的浪涌输入电压的冲击对一个 LED 串的输出电流能被编程设定在 0 和他的最大值之间的任何值，它由输入到 HV9910 的线性调光器的外部控制电压所控制另外，HV9910 也提供一个低频的PWM 调光功能，能接受一个外部达几 KHz 的控制信号在 0-100％的占空比下进行调光。

器件极限参数Vin to GND ......................................................................................-0.5V to +470VCS......................................................................................................-0.3V to 0.8VLD, PWM_D to GND.......................................................................-0.3V to (Vdd --0.3V)GATE to GND...................................................................................-0.3V to (Vdd + 0.3V)Continuous Power Dissipation (TA = +25°C) (Note 1)16-Pin SO (derate 7.5mW/°C above +25°C) ................................750mW8-Pin DIP (derate 9mW/°C above +25°C) ....................................900mW8-Pin SO (derate 6.3mW/°C above +25°C) ...................................630mWOperating Temperature Range ............................................................-40°C to +85°CJunction Temperature..........................................................................+125°CStorage Temperature Range................................................................-65°C to +150°C7封装信息典型应用及工作原理AC/DC 交流输入应用 HV9910 是一个低成本的可 降压, 升压, 升降压的控制芯片特别适合设计驱动多串 LED 或 LED 阵列.该芯片既适用于全球通用的 AC 交流输入, 也适用于 8－450V 的直流输入. 交流输入时, 为提高功率因素, 通过由 EN 61000-3-2 Class C 所规定的照明设备的交流谐波的限制,在输入功率小于 25W, 可很容易的路中加入无源功率因素校正电路得以实现. HV9910 可驱动上百个高亮度的 LED串联或数串高亮度的 LED, 这些 LED 能被设计成一串或串并联结合的方式, HV9910 通过调节恒流值可确保LED亮度和光谱并延长寿命. HV9910 的特色是使能脚 PWM_D 可采用脉宽调制(PWM)的方法调节 LED亮度, 同时兼作使能端，该端悬空时芯片无输出控制。

HV9910 也可通8过 LD 端线性调压的方式连续调节 LED 的输出电流从而控制 亮度(也叫线性调光).HV9910 内部包含了一个高压线性电源,它向内部所有线路提供能量,也可以提供给外部低压电路.LED 驱动控制 HV9910 可控制包括隔离/非隔离, 连续/非连续等类所有的转换器. 当 GATE 端输出高电平驱动外部的功率 MOSFET 时, LED 驱动器将储存到电感或变压器原边电感的输入能量,依赖不同的转换器类型,可能储能和将部分能量直接传 LED串，当功率MOSFET 关断时, 储存在磁性元件上的能量转换为 LED 串的驱动电流. (工作在Flyback 模式). 当 VDD 电压大于 UVLO 时，GATE 端可以输出高电平. 此时输出电流通过限制外部功率MOSFET 的峰值电流的方式工作.外部电流采样电阻与功率MOSFET 的源 极 串 联 , 此采样电阻的电压反馈到 HV9910 的 CS pin 脚, 当 CS pin 脚的电压超过峰值电流的设 定的阈值电压时, GATE 的驱动信号结束, 功率管关断. 此峰值电流比较仪的阈值电压 在内部设定值为 250mV, 亦可通过 LD pin 在外部设定 .当需要软启动时, 在 LD pin 连接一个电容,从而允许电压按期望的的速率上升, 因此,确保 LED 的输出电流是逐渐上升的.很明显,一个简单的无源功率因素校正电路, 由 3 二极管和 2 电容组成,应用线路显示如图 1.供电电流 HV9910 需 要 1mA 的启动电流.如框图所示, 此电流由 HV9910 的内部产生,无需象其它的电路中需加一个大的启动电阻. 此外,在 HV9910 的应用中,它能用内部的线性电源连续的向内部的所有线路提供 7.5V 的电压 . 设定输出电流 如图 1, 选择降压拓扑时, LED 中的平均电流是 CS 的峰值电压的一个好的表现. 然而,运用这种电流采样方法,有一个相关连的误差需要被计算进去 .此误差的提出是因为电感中的平均电流和峰值电流是不同的.例如电感纹波电流的峰峰值是 150mA,要得到500mA 的 LED 电流, 该采样电阻应为 : 250mV/(500mA+ 0.5*150mA) = 0.43Ω. 调光 有两种方式可以实现调光,取决不同的应用,可以单独调节也可组合调节. LED 的输出电流能被控制, 也能被线性。