电力电子系统设计与实验实 践 报 告专 业：电力电子与电力传动学 号： S10080804029 报 告 人： 龚 钢 小组成员： 龚钢 杨夏祎 日 期： 2011 年 7 月 12 日 1目录1、产品设计目标： .11.1 产品性能指标汇总 .11.2 产品设计依据 .12、产品主电路工作原理概述 .22.1 开关电源主电路 .22.2 前级 PFC 工作原理 .22.3 PFC 控制芯片 L6561 介绍 .42.4 后级反激电路工作原理 .52.5 Flyback 控制芯片 LTA705S 介绍 .53、电路参数设计 .63.1 前级 PFC 电路参数设计 .63.1.1 Boost 变换器工作原理及电感电容的计算 .63.1.2 Boost 电感设计 .83.2 后级 Flyback 电路的设计 .94、仿真及实验结果分析 .115、问题或现象分析 .136、心得体会 .14附录 .16电力电子系统设计与实验报告11、产品设计目标：1.1 产品性能指标汇总产品参数设计指标：输入电压：90264V AC、3.15A、4763Hz；输出电压：19.2V DC、4.2A；输出功率：70W90W ；功率因数：0.95 以上；1.2 产品设计依据从产品参数设计指标分析，其输入为交流电，输出为直流电，故首先需要设计整流电路，本产品设计的是二极管不控整流。整流输出为脉动较大的直流电（即交流电的半个周期） 。此外本产品对电能利用率有要求，功率因数要求高于 0.95，因此需要加入功率因数校正（PFC）环节。从所学知识了解到，Boost 变换器可用作功率因数校正（PFC ） 。这也是一种常用的 PFC 拓扑电路。Boost 变换器有三种工作模式，分别为电感电流连续模式、电感电流临界连续模式和电感电流断续工作模式。其中，电感电流临界连续模式下，可以通过有效控制，使输入交流电流和交流电压同相位从而有效提高功率因数。综合各种因素考虑本产品设计选择 Boost 工作在电感电流临界连续模式。本产品设计要求输入电压范围较宽。最大输入电压峰值 。为满足这一宽范264围输入要求，同时考虑经济合理性，本产品设计 Boost 电路工作正常的输出电压为400V 直流电。为了对 Boost 电路有效控制，实现 PFC，本产品设计选用性价比较高的芯片 L6561。通过 Boost 电路实现功率因数校正后，输出电压较高。而产品要求输出电压为19.2V。为此，电路还需要一个 DC/DC 降压拓扑电路。可以实现降压的拓扑电路有很多。非隔离式变换电路：Buck 变换器、Buck-Boost 变换器、Cuck 变换器；隔离式变换器：单端正激式隔离变换器，单端反激式隔离变换器。由于反激变换器能实现输入输出电气隔离，电压升降范围宽，运行可靠性能高等优点，因此本产品选择反激变换器实现 DC/DC 降压。常用的高集成反激控制芯片有 SG6742、FAN6754、LTA705S 等。结合实验实际条件，本产品设计选用 LTA705S 芯片作为反激电路开关管的驱动芯片。综上所述，产品设计总体电路拓扑结构确定为：二极管整流电路，Boost 变换器实现 PFC 电路、单端反激式隔离变换器实现 DC/DC 降压变换电路。电力电子系统设计与实验报告22、产品主电路工作原理概述2.1 开关电源主电路产品电路中，输入为 AC90264V 电压，经过二极管整流桥把交流电变成直流电，然后利用 Boost 实现功率校正，最后利用单端反激隔离式变换电路进行降压提供稳定的直流输出电压。电路前级采用的控制芯片为 L6561，后级采用的控制芯片为LTA705S，工作频率为 100kHz。为验证产品设计思路的可行性，依据设计要求首先进行了仿真。图 1 为本文仿真电路结构图，产品主电路图见附录。 refULTDCRUin oUP ILiourefduKTrDCR。o1N2图 1 开关电源电路拓扑结构2.2 前级 PFC 工作原理有源功率因数校正（Active Power Factor Correction）电路，是在传统的不可控整流电路中融入有源器件，使得交流侧电流在一定程度上正弦化，从而减小装置的非线性、改善功率因数的一种高频整流电路。基本的单相 APFC 电路，在单相桥式不可控整流电路和负载电阻之间增加一个 DC-DC 功率变换电路，通常采用 Boost 变换器。通过适当的控制 Boost 电路中开关管的通断，将整流器的输入电流校正成为与电网电压同相位的正弦波，消除谐波和无功电流，将电网功率因素提高到近似为 1，其电路拓扑结构入图 2 所示。 LTDCRUin oU图 2 APFC 拓扑结构图假定开关频率足够高，保证电感 L 的电流连续；输出电容足够大，输出电压可以认为是恒定直流输出电压。电网电压 为理想正弦电压，即有 ，则不可iu tUusinmi电力电子系统设计与实验报告3控整流桥的输出电压 为正弦半波， 。inutUusinmiin当开关管 T 导通时， 对电感充电，电感电流 增加，电容 C 向负载放电；当 Ti L关断时，二极管 D 导通，电感两端电压 方向， 和 对电容充电，电感电流 减Lin Li小。电感电流满足下列关系式。(1)skonkomonL-sid TttutUuti ，通过控制开关管 T 的通断，即调节 T 的占空比 D，可以控制电流 。若能控制Li近似为正弦半波电流，且与 相同相位，则整流桥交流侧电流也近似为正弦电流，Li in且与电网电压 同相位，即可达到功率因数校正的目的。这也是 APFC 的基本原理。iu为实现这一控制目的，需要引入闭环控制。控制器必须实现两个基本要求：1、实现输出直流电压 的调节，使其达到给定值；ou2、保证电网侧电流正弦化，其功率因数近似为 1。为此采用电压外环电流内环的单相PFC 双环控制。如图 3 所示。 LTDCRUin oUP ILioUrefinK图 3 APFC 控制原理图电压外环的作用是实现控制目标的电感电流指令值 。给定输出电压 减去测量Liou到的实际输出电压 的差值，经 PI 调节器作用，输出电感电流的幅值指令 。测得到ou LI的整流桥输出电压 除以其幅值后，得到单位的半正弦量。该值与得到的电感电流幅in值指令相乘得到电感电流的指令值 。 为与 同相位的正弦半波电流，其幅值可控Liinu制直流电压 的大小。电流内环的任务是控制开关管 T 的通断，使实际的电感电流o跟踪其产生的指令值 。为仿真方便，此处采用了电流滞环控制。通过滞环控制可Li Li以保证实际的电感电流 在其指令电流 附近波动，波动的大小与滞环的宽度有关。Li在实际电路