高效直流12V转交流220V逆变电源设计

目录

摘要 (1)

ABSTRACT............................................................ .. (2)

第一章绪论 (3)

第1.1节逆变器的定义 (3)

第1.2节逆变器主电路的基本形式 (7)

第二章逆变器主电路设计 (7)

第2.1节逆变器主电路比较 (7)

第2.2节逆变电源的系统结构 (11)

第2.3节直流升压电路设计 (12)

第2.4节逆变电路设计 (18)

第三章逆变系统 (20)

第3.1节太阳能逆变电源的设计要求 (20)

第3.2节逆变主电路架构及功能 (20)

第3.3节逆变控制方式 (21)

第3.4节高频变压器设计 (24)

第3.5节输出LC滤波器设计 (29)

第3.6节全桥型逆变主电路元器件参数的确定 (30)

第四章辅助电路、保护电路及系统抗干扰设计 (32)

第4.1节辅助电源设计 (32)

第4.2节保护电路设计 (34)

第4.3节系统的抗干扰技术 (36)

第五章研究总结与展望 (38)

参考文献 (39)

致谢 (40)

高效直流12V转交流220V逆变电源设计

摘要

数字化控制以控制简单、灵活，输出性能更稳定，可以实现模拟控制所不能达到的控制等诸多优势成为电源研究领域的一大热点。

本文介绍了一种以车载高频链逆变电源为模型的逆变器。车载逆变电源可以把汽车蓄电池的12V直流电转变成大多数电器所需要的220V交流电，系统硬件部分主要包括输出电压、直流母线电压、输出电流的采样和处理，PWM驱动信号的驱动电路，输出滤波环节，出于安全性考虑加入了短路、过压、欠压、过载、温度等保护电路。系统软件部分则包括SPWM波的生成，闭环控制，及过载保护等。电路主体逆变方案为-DC(低压)/DC(高压)/AC(高频SPWM脉冲)。该方案虽然有三个功率变换环节，但其原理简单，实现的技术成熟，并且能较好地实现高频链和SPWM逆变器的结合，产生谐波含量低的工频正弦波输出，并用PSPICE对逆变部分进行了仿真，对输出滤波器参数设定和死区效应进行了分析。

本文提出了一种对小功率逆变电源系统的实现方案，并通过仿真和实验结果证明了该系统的可行性，对设计逆变控制系统具有一定的参考价值。

关键词：逆变数字控制正弦脉宽调制滤波

ABSTRACT

Digital control strategy has been employed in study and design of power supply because of the advantages such as smart control method,steady output performance and high control accuracy comparing with analogue control strategy.

Study of a digital control system with single-pole SPWM modulation strategy is employed.Inverter power supplies applied in cars transform from 12V of storage battery DC into 220V AC.The hardware of the system include sampling and processing circuit of output voltage,

direct bus voltage and output current,drive circuit of PWM drive signal,filter circuit of the output voltage,protection circuits including short-circuit protection circuit,over-voltage protection circuit,under-voltage protection circuit and over-temperature protection circuit and so on.The software of the system include the sub-program of generation of SPWM control signal,the sub-program of closed-loop control,the sub-program of over-load protection and so on.The main inversion strategy is DC(low-voltage)/DC(high-voltage)/AC(high-frequency SPWM).Although there are three power conversions in the system,because of the simple principle,mature implementation technology,the system is capable of combining high frequency chain and SPWM inverter and producing 50Hz sinusoidal wave with lower harmonics elements.The PSPICE is employed to make the simulation of the inversion part and the control strategy of microcontroller,the parameters of the output filter and the effect of blank-time are analyzed to meet the requirement.

This paper introduces a digital control strategy of the system of inversion power supply and proves the feasibility of the system by experiments and simulations.So,it's valuable to design the control system of inversion.

KEY WORDS:DC/AC,Digital Control,Sine Pulse Width Modulation （SPWM）,Filter.

第一章绪论

逆变器也称逆变电源，是将直流电能转变成交流电能的变流装置，是太阳能、风力发电中一个重要部件。随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展，逆变技术也从通过直流电动机——交流发电机的旋转方式逆变技术，发展到二十世纪六、七十年代的晶闸管逆变技术，而二十一世纪的逆变技术多数采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT 等多种先进且易于控制的功率器件，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器（DSP）控制。各种现代控制理论如自适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用于逆变领域。其应用领域也达到了前所未有的广阔，从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电换流站；从日常生活的变频空调、变频冰箱到航空领域的机载设备；从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能源发电的太阳能风力发电设备，都少不了逆变。

1.1、逆变器的定义

逆变器是通过半导体功率开关的开通和关断作用，把直流电能转变成交流电能的一种变换装置，是整流变换的逆过程。

逆变器及逆变技术按输出波型，主电路拓朴结构、输出相数等方式来分类，有多种逆变器，具体如下：

（1）按输出电压波形分类：方波逆变器，正弦波逆变器，阶梯波逆变器。

（2）按输出交流电相数分类：单项逆变器，三相逆变器，多项逆变器。

（3）按输入直流电源性质分类：电压源型逆变器，电流源型逆变器。

（4）按主电路拓朴结构分类：推挽逆变器，半桥逆变器，全桥逆变器。

（5）按功率流动方向分类：单向逆变器，双向逆变器。

（6）按负载是否有源分类：有源逆变器，无源逆变器。

（7）按输出交流电的频率分类：低频逆变器，工频逆变器，中频逆变器，高频逆变器。

（8）按直流环节特性分类：低频环节逆变器，高频环节逆变器。

1.1.1逆变技术及其发展

一般认为，逆变技术的发展可以分为如下两个阶段:

1956一1980年为传统发展阶段。这个阶段的特点是，开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加为主，体积重量较大，逆变效率低，正弦波逆变器开始出现

1980年到现在为高频化新技术阶段。这个阶段的特点是，开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以PWM(Pulse-Width Modulation，脉宽调制)为主，体积重量小，逆变效率高。正弦逆变技术发展日趋完善。

逆变器的原理早在1931年就在文献中提过。1948年，美国西屋(Westinghouse)电气公司用汞弧整流器制成了3000Hz的感应加热用逆变器。

1947年，第一只晶体管诞生，固态电力电子学随之而诞生。1956年，第一只晶闸管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展时代。在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展，首先出现的是可控硅SCR电压源型逆变器。1961年，w.McMurrya 与B.D.Bdeofdr提出了改进型SCR强迫换向逆变器，为SC R逆变器的发展奠定了基础。1962年，A.Kernikc提出了“谐波中和消除法”，即后来常用的“多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，F.G.Tumbun了化目标，“消除特定谐波法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优等。

20世纪70年代后期，可关断晶体管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实用化。80年代以来，电力电子技术与电子技术相结合，产生了各种高频化的的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管Power MOSFET、绝缘栅门极晶体管IGBT、静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管MCT以及MOS晶体管等。这就使电力电子技术由传统发展时期进入高频化时代。在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不穷，特别是脉宽调制PWM波形改善技术得到飞速发展。

1964年，由A.shconung和H.Setmmler提出的、把通信系统调制技术应用到逆变技术中的正弦波脉宽调制技术(Sinusoida-PWM，简称SPWM)，由于当时开关器件的速度慢而未得到推厂，直到1975年才由Bristol大学的S.R.Bowes等把SPWM技术正式应用到逆变技术中，使逆变器的性能大大提高，并得到广泛应用和发展，也使SPWM技术达到了一个新的高度。此后，各种不同PWM技术相继出现，例如空间相量调制(SVM)、随机PWM、电流滞环PWM等，成为高速器件的主导控制方式。至此，正弦波逆变技术的发展已经基本完善。

在PWM逆变器中，输出变压器和交流滤波电感的体积重量占主要部分:为了减小输出变压器和交流滤波器的体积重量，提高逆变器的功率密度，高频化使主要发展方向之一。

提高开关频率可以减小变压器体积重量，但是高频化也存在一些问题，如开关损耗增加，电磁干扰增大。此外，导体的集肤效应与邻近效应，电容的等效串联电阻ESR以及磁元件的寄生参数等问题都需要解决。其中最主要的就是开关损耗和电磁干扰问题。为了解

决这些问题，最有效的办法有两个，一是提高开关器件速度，二是用谐振或准谐振的方式使逆变开关工作在软开关状态。电压谐振技术和电流谐振技术是人们常用的两种谐振技术，这两项技术都是用LC与开关器件共同组成一个串联或并联谐振回路，利用回路在一个开关周期的全谐振使器件工作在零电压转换(出联谐振)或零电流转换(并联谐振)的软开关状态，从而把开关损耗减小到零。这就是最早的谐振技术，但它不能按照PWM方式工作。20世纪80年代初，美国弗吉尼亚电力电子中心(VPEC)对谐振技术进行了改进，提出了准谐振变换技术，即把LC回路在一个开关周期中的全谐振改变为半谐振或部分谐振，这才使软开关与PWM技术的结合成为可能。

软开关技术研究的最终目的是，实现脉宽调制PWM(Pules-Widht Mdoulatino)软开关技术，也就是将软开关技术引进到PWM逆变器中，使它既能保持原来的优点，又能实现软开关工作。为此，必须把LC与开关器件组成一个谐振网络，使PWM逆变器只有在开关转换过程中才产生谐振，实现软开关转换，平时则不谐振，以保持PWM逆变器的特点。P WM软开关技术是当今电力电子学领域最活跃的研究内容之一，是实现电力电子高频化的最佳途径，也是一项理论性最强的研究工作。它的研究对于逆变器性能的进一步提高和进一步推广应用，以及对电力电子学技术的发展，都有十分重要的意义，是当前逆变器的发展方向之一。

1.1.2逆变电源的发展趋势

目前开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫;采用MOFSET 的开关电源转化频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源.丁利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。开关电源的技术追求和发展趋势可以概括以下四个方面。

①小型化、轻量化、高频化——开关电源的体积、重量主要是由储能元件(磁性元和电容)决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制不扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。

②高可靠性——我们知道，在一个系统中，元件数量越多，可靠性越低;开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容，光拙合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计着眼，尽可能使用较少

的元件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。

③低噪声——开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追去高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。

④采用计算机辅助设计和控制——采用MATLAB、PSPICE和SABER等软件设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简洁结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监测系统，可以实时检测、记录并自动报警等。

开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展VMOFSET、IGBT等新型高速器件，开发高频用的低损耗磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电常数及降低其等效串联电阻等，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。总之，人们在开关电源技术领域里，边研究低损耗回路技术，边开发新型元器件，两者相互促进并推动着开关电源向小型、高频、低噪声以及高可靠性方向发展。

1.2逆变器主电路的基本形式

常用逆变器主电路的基本形式有三种分类方法:按照相数分类，可分为单相和三相;按照直流测波形和交流侧波形分类，可分为电压源型和电流源型逆变器；按电路拓扑结构可以分为单端正激（Forward)、单端反激(Fly back)、升压(Boost)式、降压(Buck)式、推挽(pull-push)拓扑结构、半桥(Half bridge)结构、全桥(Full-bridge)结构等。

理想的逆变器，从直流变到交流的功率总是一定值而没有脉动，直流电压波形和电流波形中也不应该产生波动。而在实际逆变电路中，因为逆变器的脉动数等有限，因而逆变功率是脉动的。当逆变器的逆变功率的脉动波形由直流电流来体现时，称之为电压源型逆变器，直流电源是恒压源。电压源型逆变器直流侧有较人的直流滤波电容。当逆变器的逆变功率的脉动波形由直流电流来体现时，称之为电流源型逆变器，直流电源是恒流源。电流源型逆变器直流侧接有较大的滤波电感。

此外，控制逆变器输出量(电压或电流)有两种方法，一种是脉冲幅度调制(Pulse-Amplitude Modulation，简称PAM)，其特点保持脉冲宽度不变而改变脉冲幅值；另一种是脉冲宽度调制P W M，其特点是保持脉冲幅值不变而改变脉冲宽度。

第二章逆变器主电路设计

2.1逆变器主电路比较

（1）工频变压器形式逆变器（如图2-1所示）。该电路是由逆变器、工频变压器以及输入、输出滤波器组成。这类逆变器都是采用工频变压器使输入输出隔离，主电路和控制电路比较简单。逆变器的工作原理是将直流电压逆变成有效值基本不变的PWM波形，再由变压器升压得到220V的交流电压。但由于工频变压器的存在使得逆变器的体积和重量大、音频噪声高且价格较贵。并且逆变器响应速度较慢，波形畸变比较严重，而且带非线性负载的能力较差。它是最早一种主电路形式的逆变器。

工频PWM开关部分工频变压器

图2-1工频变压器形式主电路

Fig.2-1 Main circuit of work frequency transformer

（2）高频变压器形式逆变器（如图2-2所示）。该电路是由逆变器、高频变压器、高频整流器、工频逆变器以及输入、输出滤波器构成。这类逆变器是采用高频变压器使输入输出隔离。用高频变压器代替了工频变压器形式逆变器中的工频变压器，从而克服了工频形式逆变器体积和重量大的缺点，显著提高了逆变器的性能。逆变器的工作原理是先将直流电压逆变成高频方波交流电，然后再经过高频变压器的升压以及整流滤波得到另一种形式的直流电压，此电压再经过工频逆变器逆变，将其变换成工频电压来满足负载的需要。高频环逆变器的种类很多，可以将其分为单向电压源型和双向电压源型及单向电流源和双向电流源型等。这类逆变器技术比较成熟，应用非常广泛。

（3）无变压器形式逆变器（如图2-3所示）。主电路包括升压部分和工频逆变部分，比工频形式逆变器的主电路要复杂一些。这类逆变器不采用变压器进行输入、输出间的隔离。逆变器的工作原理是先将直流电经过非隔离变化后得到高压直流电，再由工频逆变得到负载需要的交流电。由于没有采用变压器，所以这种逆变器的体积小、重量轻。适合于直流输入电压较高的场合。

高频开关部分高频变压器工频PWM开关部分

图2-2高频变压器形式主电路

Fig.2-2 Main circuit of high frequency transformer

图2-3无变压器形式主电路

Fig.2-3 Main circuit without transformer

本文从控制的可靠性、易维护性、效率等方面出发，采用了如图2-2所示的高频变压器形式的主电路，输入、输出间加入高频变压器。主电路由升压环节和逆变环节两个部分组成。升压环节先将48V的直流电升为350V的直流电，再由逆变环节变换为负载需要的220V的交流电压。

2.1.1升压环节拓扑结构的选择

电气隔离型DC-DC变换器包括很多种形式。其中五种常用的形式为单管正激式、推挽式、双管正激式、半桥式和全桥式电路。

(a)单管正激式（b）推挽式

（c）半桥式（d）全桥式

(e)双管正激式

图2-4 DC-DC隔离变换拓扑图

Fig.2-4 Isolated DC-DC conversion topology

（1）单管正激式拓扑[如图2-4(a)]。单管正激电路拓扑结构简单，变压器铁心上有三个绕组（其中N为磁通复位绕组），即在变压器绕组中加一磁通复位绕组就可以实现去磁，适合于中小功率变换器。但是这种拓扑也存在许多问题：主开关器件电得结构复杂化，所以变压器的绕制工艺将直接影响到电路的性能。压应力较高，承受了两倍的输入电压甚至更高；由于在变压器中添加了去磁绕组而使

（2）推挽式拓扑[如图2-4(b)]。推挽变换器电路的特点：电路结构简单，变压器能够双向励磁，磁芯利用率高。但是这种电路也存在很多不足之处：首先主功率器件电压应力较高，为输入电压的两倍。而且若变压器原边的两个绕组不能够很好的耦合，开关的电压应力还会升高；其次变压器原边需要中间抽头，变压器的制作难度增加。变压器虽然能够双向励磁，但是由于开关器件的开关时间以及导通压降不可能完全相同，所以很容易造成变压器正向励磁和反向励磁不相等而引起变压器的偏磁而导致铁心饱和，因此在在使用推挽电路时必须采取一些特别的措施来防止变压器的偏磁。

（3）半桥变换器拓扑[如图2-4(c)]。半桥变换器与推挽电路相比，开关的电压应力减少了一半，为输入电源电压，但半桥变换器在开关开通时，变压器原边所加的电压只有输入电源电压的一半，因此变换器的输出功率受到了限制，要想得到较高的输出功率就必须增加开关的电流应力。另外，从半桥变换器的拓扑电路图上可以看出，桥臂结构为两个开关管串联，因而存在桥臂直通的危险，影响了变换器的可靠性。

（4）全桥变换器拓扑[如图2-4(d)]。全桥变换器与双管正激变换器的开关电压应力相同，但是全桥变换器具有变压器利用率高的优点和存在桥臂直通的缺点，而双管正激变换器正好相反，没有桥臂直通的危险。

（5）双端正激变换器拓扑[如图2-4(e)]。电路显著的优点是漏感能量在开关管导通时不是消耗于电阻元件或功率开关管内，而是在开关管关断时通过1D 和2D 回馈给直流电源。

漏感电流从1N 的异名端流出，经2D 流入in V 的正极，然后从其负极流出，经1D 返回到1N o K 的同名端。

双管正激变换器另一个优点就是变换器每个桥臂都是由开关管和二极管串联而成，能够从结构上彻底消除桥臂直通的现象，变换器的可靠性得到了大大的提高，因此在工业领域得到了广泛的应用。

表2-1 PWM 开关电源拓扑的比较 Tab.2-1 Comparison of PWM switch power supply

拓扑

Vin(DC)/V 输入输出隔离 典型效率（％） 相对成本 正激式电路

推挽式电路

半桥电路

全桥电路 5---500 5---1000 50---1000 50---1000 有 有 有 有 78 75 75 73 1.4 2.0 2.2 2.5

从表格2-1的比较中可以看出，正激式电路的典型效率是相对比较高的，而相对成本是比较低，变换器中引入了隔离变压器，使得变换器的输入电源与输出负载之间实现电气隔离，变换器运行的安全可靠性和电磁兼容性也得到了提高。所以正激式电路拓扑是比较理想的选择。

2.1.2逆变环节拓扑结构的选择

在相同输出电量参数的情况下，对半桥逆变电路和全桥逆变电路进行比较

表2-2半桥逆变电路和全桥逆变电路的比较 Tab.2-2 Comparison of half-bridge and full-bridge inverter

逆变电路结构

半桥逆变电路 全桥逆变电路 开关元件耐压

高耐压 低耐压 控制电路复杂性

简单 复杂 SPWM 控制方法

双极性 双极性、单极性 适用功率等级 中功率

中、大功率

从元件使用的角度考虑，采用半桥逆变电路可以节省两个开关元件，但是因为直流电压源的幅值提高一倍，所以开关元件的耐压值也需要提高一倍。

从开关损耗的角度考虑，半桥逆变电路在任意时刻最多只有一个开关元件导通，而全桥逆变电路在任意时刻最多会有两个开关元件处于导通状态，两者开关元件处理的电流是一样的，但是耐压高的开关元件一般导通压降也比较大，因此，半桥逆变电路开关元件的导通损耗差不多。但是半桥逆变电路的开关元件在导通前的电压幅值为全桥逆变电路的两倍，因此半桥逆变电路开关元件的开通损耗和关断损耗要大一些。

采用全桥逆变电路，输出电压、电流的幅值为半桥逆变电路输出幅值的两倍。克服了半桥逆变电路直流侧串联电容的电压均衡问题。所以后置DC-AC变换级选择全桥逆变电路。

2.2逆变电源的系统结构

由前面的分析知，直流升压环节采用双管正激升压电路，后级逆变环节采用全桥逆变电路。逆变电源的系统结构图如图2-5所示

图2-5逆变电源系统结构图

Fig.2-5 Configuration of inverter system

图2-5中的虚线框A为高频逆变环节的控制电路。图中取自主电路的电量：一是取自高频整流输出端的直流电压，经过隔离采样得到直流反馈电压与直流给定电压相比较，从控制芯片TL494的内部实现对脉宽的调制，使得直流输出电压幅值保持稳定；另一是取自方波逆变电路的直流电流，即输出电流过大时就会封锁脉冲，立刻关断开关管，这就可以给开关管器件提供很好的保护。图中虚线框B为全桥逆变电路环节的控制电路。为了较少输出电压谐波的含量，电路采用SPWM调压方式。同时为了保证在外界干扰作用下输出电压的稳定，电路采用了电压反馈设计，通过交流输出电压反馈回路来调节逆变器的输出电压波形从而实现逆变环节的闭环控制。

直流升压电路的功能是将低压48V 直流转变成稳定的高压350V 直流，以供后级逆变电路转换。具有高频链的DC/DC 环节的电路原理图，如图2-6所示。主要由输入电源、DC/DC 变换器输入滤波部分、双管正激主电路、高频变压器、输出滤波整流电路五部分组

成。

图2-6 DC/DC 环节电路图

Fig.2-6 DC/DC circuit structure

2.3.1输入滤波电容的选择

已知电源传输的最大功率为1200W ，假设所并电容为无损元件，则由输入输出功率相等可知电流脉动可转化为电压的脉动，则考虑一个周期内输入滤波电容所提供的能量约为 0.1220000n k LC

?π=≈?? (2-1） 每个半周期输入滤波电容提供的能量为

min min 22in in in in W C V V =? （2-2）

因此输入滤波电容容量为

min min

4754in in in in W C uF V V =≈? (2-3) 式中，min in V ?定义为直流纹波电压，取min min 1%in in V V ?= (2-4)

考虑到输入电压范围和计算得到的输入电容为475uF 。实际电路中由于铝电解电容等效串联电阻和自身电感较大，不能承受较高频率的电流纹波，会引起发热，一般用于低频滤波。为减小其等效串联电阻，在实际电路采用的是470uF /100V 的铝电解电容。

在选用软磁材料时，主要考虑工作磁通密度、磁导率、损耗大小以及材料的价格等，钴基非晶和铁基微晶相对铁氧体而言，有更高的饱和磁感应，但是价格比较贵，同时磁芯规格也不完善。磁粉芯一般比铁氧体有更高的饱和磁感应，但在100kHz 以上，损耗较大；铁氧体价格低廉，材质和磁芯规格齐全，高频性能好。但材质脆，不耐冲击，温度性能差、适合于10KW 以上、1MHz 以下的功率变换器。因此，铁氧体材料成为了开关电源中应用最为广泛的材料。

铁氧体磁芯有环型、E 型PM 型和罐型结构，以及EFD 、LP 型等新近发展的平面磁芯结构。其中EE 形磁芯相对于外形尺寸而言有较大的窗口面积，开放式的窗口没有出线问题，线圈与外界面积接触面积较大，有利于空气流通，同时散热也比较方便。显然，这种结构形式优点甚多，国内外应用都非常普遍。本文高频变压器的设计选择的就是EE 型磁芯。高频变压器的设计步骤如下：

（1）确定高频变压器铁心的尺寸规格

开关电源输出功率与磁性材料的性质、几何形状和尺寸之间的关系可表示为：

14110()T x w e o f s w j P A A K K f B K +?= (2-5)

式中，w A 为磁芯窗口面积（2cm ）；e A 为磁芯有效截面积（2cm ）；T P 为变压器视在

功率（W ）；s f 为开关工作频率（Hz ）；w B 为工作磁感应强度（T ）；f K 为波形系数，有效值与平均值之比；方波时为4；j K 为电流密度比例系数，考虑温升近似取534；o K 为窗口使用系数，一般典型值取，o K =0.4。

1）确定工作磁感应强度w B 变压器的工作磁感应强度w B 是开关电源变压器设计中的一个重要性能参数，它与磁芯的材料、结构形式、功率大小、工作频率等因素都有关系。在确定工作的磁感应强度时，应满足温升等因素对耗损的限制，使磁芯不饱和。常用的磁性材料的工作磁感应强度如表2-3所示。

表2-3磁性材料的工作磁感应强度 Tab.2-3 Magnetic induction of magnetic materials

磁芯材料

铁氧体 IJ85—1合金 Co 基非晶态合金 工作感应强度

0.15～0.25 0.4～0.5 0.5～0.6

2）确定电流密度系数j K

电流密度系数j K 取决于磁芯的形式、温升及表面积。在开关电源变压器设计时，若没

有确定磁芯形式，要确定电流密度系数就有一定的困难。所以在设计时，应先确定磁芯的结构和体积。不同结构形式磁芯的电流密度系数如表2-4所示。

表2-4磁芯电流密度系数

Tab.2-4 Current density coefficient of core

罐形磁芯 E 形磁芯 C 形磁芯 环形磁芯 25

433 366 322 250 50

632 534 468 365

3）确定变压器视在功率T P 对于双管正激电路来说

1(1)o T o i o o P P P P P P ηη

=+=+=+ (2-6) 由式（2-5）得

134

410.1232.2511010() 3.960.4440100.16534

w e A A cm -???==????? (2-7) 考虑到散热和绕组的空间，应将理论所计算的值进行适当的扩大，同时参考磁性材料厂家的产品规格，最后选用EE55型铁氧体磁芯材料。磁芯的有效截面积e A =3.5152cm ，铁芯窗口面积e A =3.92cm ，因此EE55磁铁的尺寸规格为P w e A A A ==13.714cm 。而开关电源的设计尺寸规格为3.964cm ，所以所选的尺寸规格足够大，能够满足设计要求。

（2）参数计算

正激变换器中的高频变压器，其磁通只工作在第一象限，应遵循磁通复位的原则。 与脉冲变压器相同，单端变换器的变压器设计必须满足2个基本条件：①服从电磁感 应定律；②在开关管导通期间确保磁芯不会饱和。

1）原边匝数

由电磁感应定律

=p d E N dt

φ得 磁 芯

形

式 电

流 密 度 系

数 温 度 （ ℃ ）

810in in p p e dB d V E N N A dt dt φ-===? (2-8)

则原边绕组的匝数为

88min 1010 4.91()on in D p e in e in T ET V N A B A B B f =?=?=?- (2-9)

式中，E 为原边绕组输入电压值，单位为V ；D 是脉冲占空比，取0.45；e A 是磁芯有

效截面积，单位为2cm 0.1F μ；m B 是最大磁感应强度，单位为G ；r B 是剩余磁感应强度，

单位为G 。取p N 为5匝为了使输出电压满足能够系统的需要，并留有一定的余量，应尽

量使变压器的原、副边的匝数比取的小一些。所以在设计时就要求电路在输入电压最低时，输出电压仍能达到系统的要求。设计时，开关管的参数为：工作频率为40kHz ，最大占空比取0.45，最小输入电压为42V ，输出电压为350V ，直流环节输出功率o P 为1200W 。输

出电压o V 与变压器副边电压'o V 的关系为（其中二极管压降D V 为0.8V ）。

'()()

()779.56o D on off o D o on V V T T V V V V T D

+++=== （2-10） 2）V ′与in V 的电压比是原、副边的匝数比，即

'o s in p V N V N =，故'o s p in V N N V = (2-11)

考虑到两个IGBT 管的压降，则计算式（2-11）应变为 '2o s p in IGBT V N N V V =- (2-12)

式中，IGBT V 为IGBT 的管压降，取1V ，s N 由此求得为97.45，取98匝。

3）电流密度

0.122()534(13.76)389/x j w e J K A A A cm -==?= （2-13）

4）输出电压有效值

2201()522t DT o o m s V V V dt V T D D

===? (2-14) 5）变压器副边绕组电流有效值

22 2.10o m m

P I A V == (2-15) 6）变压器副边绕组电流峰值

2/ 3.10o m I I D A == (2-16)

7）原边绕组电流有效值

122(10.05)42.15s s m H m m p p

N N I I I I A N N =+=+= (2-17) 式中，H I 磁化电流有效值约为初级电流有效值的5%~10%，即

2(5%10%)s H m

p

N I I N ≈ ,取2=5%s H m p N I I N （3）验算输出电压o V min 376350s in o d p

N V D V V V V N ??=-=> （2-18） 能够满足设计要求。

（4）集肤效应

研究表明，导线中电流密度从导线表面到中心按指数规律下降的。为便于计算和比较，工程上定义从表面到电流密度下降到表面电流密度的0368(即1/e)的厚度为穿透深度△，即认为从导体表面到下降深度为△厚度导体流过导线的全部电流，而在△层以内的导体完全不流过电流[10]。穿透深度△可用下式来表示

376

220.332240104105810mm fur πππ-?===?????? （2-19） 由式（2-19）可见，穿透深度与频率平方根成反比，随着频率的增加，穿透深度减少。所以集肤效应在工频条件下影响较小，而在高频时影响较大。为了减少集肤效应的影响，一般要求导线线径小于两倍穿透深度。因此本设计应选用线径小于0.66mm 的铜线。如果要求绕组的线径大于由穿透深度所决定的最大线径时，经常用截面之和等于单导线的多根较细的导线并联使用。

（5）线圈股数

1）原边裸线面积

210.108m xp I A cm J

=≈ （2-20） 实际绕制中，原边选用20股线径为0.65mm 的漆包线并绕。

2）副边裸线面积

22 2.100.0058356

m xp I A cm J ==≈ （2-21） 实际绕制中，副边选用3股线径为0.6mm 的漆包线并绕。

2.3.3主功率器件的选取

由于电路中最大的直流输入电压max V =53V ，考虑到一定的安全裕量，这里取为1.5倍，即所选的IGBT 的电压必须大于1.5×53=79.5V ，选择IGBT 的额定电压值为600V 。

电流的安全裕量取1.5倍，原边峰值电流1/59.3o m I I D A ==

（2-22） 根据上面确定的最大电压和最大电流来选择IGBT 。选择的型号为MG100J1BS11（参

数100A/600V ）。

2.3.4整流二极管的选取

对于输出整流所用的二极管，一般要求反向漏电流小，反向恢复时间短，并且由于二极管在截止时所承受的反向电压为高电压，所以要求二极管的反向耐压要高。肖特基二极管和快恢复二极管是常用的两种整流二极管。但肖特基二极管的反向漏电流较大并且反向耐压较低，所以本文选用的是快恢复二极管。

（1）额定电压

在整流电路中，二极管承受电压最大值，应大于最大输入电压时变压器二次侧的输出电压。二次侧输出的最大电压为

max max 1060s D in p

N V V V N =?

= （2-23） （2）额定电流 由副边绕组电流峰值22/ 3.10o o o m m

P I P V A V ===，根据计算，可以选用MUR30120快恢复二极管（额定电压1200V ，额定电流为30A ）。

2.3.5输出滤波器的设计

（1）输出滤波电感的设计

在输出滤波电感中的电流是单一方向流动的。流过磁性绕组的电流，具有较大的直流分量，并且叠加一个较小的交流分量，它的频率是两倍的开关频率。

在工程设计中，一般要求输出滤波电感的最大脉动量max I ?为最大输出电流的20%。因此电源的输出滤波电感电流脉动值max I ?=3.1A ×20%=0.62A 。按经验公式算法，当输出电流在二分之一脉动值时（即max o I =0.31A ），输出滤波应当保持连续状态。考虑滤波电感器的绕制成本、功能损耗、动态特性等因素，电感量不宜取得太大。输出滤波电感量计算式可表示为

max 1-9.422/o

o o s o in Lo D V V L mH f I V n V V ??==???--?? (2-24)

式中，n 为原、副边的匝数比，D V 为二极管压降。由于输入电压是变化的，最大输入

电压值max in V =53V 。

（2）输出滤波电容的设计

在工程设计中，输出滤波电容量o C 可用下式来计算。

2max 18(2)/o

o o o x o in Lo D V V C L f V V n V V ??=-?????--?? (2-25)

式中，n 为原、副边的匝数比，D V 为二极管压降。由于输入电压是变化的，最大输入

电压值max in V =53V 。令输出电压的交流纹波为max o V ?=0.5V 。经过计算可以得到o C =390uF ，

实际应用中选用的是470uF/450V 的电解电容。

2.4逆变电路设计

逆变电路的功能是将低压350V 直流转变成稳定的高压220V 的交流电，以供负载使用。其电路如图2-7

所示。

图2-7 DC/AC 环节电路图

Fig.2-7 DC/AC circuit structure

2.4.1逆变功率器件的选择

逆变电路的额定输出为：电压O U =220V ，功率O P =1KW ，考虑逆变环节的逆变效率η=90﹪，实际应用中C I 的取值需留有裕量。取2倍的安全过载裕量。则流过功率器件IGBT 的电流额定C I 可按下式计算:

1000222214.280.9220

o C o P I A U η=??=??=? (2-26)

由直流侧的输入电压U=350V ，并考虑到尖峰电压的影响，应留有一定裕量，可以选择600V 的IGBT 功率管。最终我们选择四只600V ，25A 的IGBT 管，型号为MG25J1BS11。

2.4.2逆变输出滤波器设计

在逆变电源的输出端加入低通滤波器可以滤掉其中的高频分量，Γ型滤波器具有低通滤波特性，而且滤波器的元件又少，是最简单的一种形式，应用也最广泛。本电源输出滤波器也采用此结构。输出滤波器中L 和C 参数与SPWM 的频率紧密相关。频率越高，就可以减小滤波器的体积，但同时也会增加开关损耗，从而影响逆变器的输出效率。所以应根据系统的截至频率c f 以及负载R L 来设计滤波器。

逆变电源输出参数为：输出功率o P =1KW ，输出电压o U =220V ，频率为50Hz 。逆变器

输出的脉冲群中主要是50Hz 的正弦波，其中还含有两倍开关频率的高频分量，对于Γ型低通滤波器，其截止频率与L 和C 之间的关系为

1

2c f LC π= (2-27)

因为电源的输出频率为50Hz ，系统的开关频率40kHz ，所以系统的截止频率c f 应满足

5040c Hz f KHz <

系统特性阻抗ρ一般取0.5～0.8倍的额定负载电阻，即

2/(0.50.8)(0.5~0.8)48.8o o U L C P ρ===? (2-28)

当取系数为0.8时，ρ=39，当输出电压的基波频率为50Hz 时，滤波器的截止频率c f 通常选在100Hz ～400Hz 左右。取c f 为100Hz 时，我们可以得到输出滤波电感和电容值应为

396022 3.14100c L mH f ρπ==≈??

(2-29) 11C 4122 3.1410039

c uF f πρ==≈??? (2-30)

一个5v直流稳压电源设计报告

直流稳压电源设计 姓名:_ 学号：_ 专业： 班级：_______ 2012年3月12号 课题： 220v交流电转５v直流电的电源设计

一．电路实现功能 该电路输入家用220v交流电，经过全桥整流，稳压后输出稳定的5v直流电。 二．特点 方便实用，输出电压稳定，最大输出电流为1A，电路能带动一定的负载 设计方案 设计思路： 考虑到直流电流电源。我们用四个1N4007四个晶体管构成桥式整流桥。，将220V50Hz的交流电转换为直流电。以电容元件进行整流。因为我们要输出5V的电压，所以选用7805。 设计原理连接图： 一、变压器变压 220V交流电端子连一个降变压器把电压值降到8V左右

二、 单项桥式全波整流电路 根据图，输出的平均电压值0()201sin ()AV U d π ωτωτπ=?

即：0()20.9AV U U 三、 电容滤波 本设计我们使用电容滤波，滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。 C 越大， RL 越大，τ越大，放电越慢，曲线越平滑，脉动越小。 四、 直流稳压 因为要输出5V 的电压，所以选用LM7805三端稳压器件 五、 总电路

如图所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器B，桥式整流电路D1～D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C3和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。 220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。 六、实验所需元器件 万用板一个，1N4007晶体管四个，（220伏至8伏） 交流变压器一个，电解电容2200μF一个，电解电容 100μF一个，电容0.1F两个，LM7805三端稳压器一 个。电烙铁一个，松香若干，锡丝若干~~

交流220v转5v直流电压电路参数计算

7805芯片电压输出电压为标准的5V ，应此选7805作为电源稳压芯片，78**系列的稳压集成块的极限输入电压是36V ，最低输入电压比输出电压高3-4V 。还要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗，所以一般输入为9-15V 之间。取LM7805的输入端电压为10V ， 变压器二次侧电压的有效值 V U U 1.1119 .00== 考虑到变压器二次侧绕组及管子上的压降，变压器的二次侧电压大约要高10%，即V 2.2121.111.11=? V U RM 8.2172.2122=?= 单片机及其他芯片引脚最大灌电流之和约为100 mA ，所以，流经二极管的平均电流 mA mA I I L D 1000012 121=?= = 因此，可选择2C251D 整流二极管（其允许的最大电流If=150 mA ，最大反向电压VRM=100V ）。 变压器变比138 .217220≈= K 二次侧电流的有效A I 11.09 .01.0== 取变压器的效率η=0.95 变压器的容量VA UI S 415.108.11.022.12/=÷?==η 选择容量为20 VA 的变压器。 一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数R L C 是其充电周期的确3～5倍。对于桥式整流电路，滤波电容C 的充电周期等于交流周期的一半，即 2 53C R L T ） ～（≥ 其中 Ω == 10005 .05L R ，s f T 02.01== 令uF T 400R 2/4C L =?≥ 取C=1000 uF 。 为了使输出的电压的脉动更小，可在LM7805CT 之前并联一个2000 uF 的滤波电容，构成π形滤波器。

220v交流电转5v直流电的电源设计

２２０v交流电转５v直流电的电源设计（电路图+详解） 一．电路实现功能 该电路输入家用220v交流电，经过全桥整流，稳压后输出稳定的5v直流电。 二．特点 方便实用，输出电压稳定，最大输出电流为1A，电路能带动一定的负载 三．电路工作原理 从图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的电路 发生短路，保险内的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。 变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动很大的直流电源，所以在这里接一个330uF/25V的电解电容。 变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波，在电容C1两端大约会有11V 多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器的元件。 三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内

的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。 因为我们要输出5V的电压，所以选用7805，7805前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7805最大可以输出1A的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2脚）短路并不会使7805烧坏，当然如果时间很长就不好说了，这跟散热条件有很大的关系。 三端稳压器后面接一个105的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。 最后在C2两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接,比如MP3等。 虽然7805最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过500mA,否则会发热很大，容易烧坏。一般负载电有200mA以上时需要散热片。 四．设计过程 平时对于5v 的直流电源需求的情况比较多，在单片机，以及一些电路中应用的较多，因此，为了更方便快捷的由220v 的交流电得到这样的电源，故设计了一个电路。 首先，翻阅了参考书，复习了整流稳压的一些电路知识，然后设计出一个实现电路，使用了portel99绘制出电路图，对电路进行简单的仿真和校验。

±5V简易直流稳压电源的设计.

网络高等教育 专科生毕业大作业 题目：±5V简易直流稳压电源的设计学习中心： 层次：高中起点专科 专业：电气工程及其自动化 年级： 学号： 学生： 辅导教师： 完成日期： 2012年 2 月

内容摘要 本文主要论述了直流稳压电源的设计原理和实现方法。直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分构成。本次设计选用了串联稳压电源。稳压电路部分采用了继承三段稳压芯片LM317M以及W7912。通过接滑动变阻器从而实现了电压的可调。我们又采用7805、7905输出正负5V的电源作为数字电压表的工作原理。数字电压表部分采用常见的数字集成电路ICL7107,它不仅结构简单，而且测量精度高，能够满足设计要求。 关键词：直流稳压电源 LM317M 7805、7905 ICL7107

内容摘要 ........................................................................................................................... I 引言 . (1) 1 基本电路原理分析 (2) 1.1 整体电路框图 (2) 1.2 电路原理分析 (2) 2 实验电路与元件参数选择 (6) 2.1 实验电路 (6) 2.2 元件介绍 (6) 2.3 原件参数计算与选择 (7) 3 总结 (9) 参考文献 (10)

由于不同的电子产品可能需要不同的电源，设计可调电源就会使需要不同电源的电子产品得到与之匹配的电源，从而使其能正常工作，使它的工作效率达到最高。电源的优劣将会决定电子产品的使用寿命，因此，我们需要的是高质量的直流电源。 交流电网220V的电压通过电源变压器将变为需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还是会随电网电压波动、负载和温度等的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还须接稳压电路，保证输出的直流电压稳定。 直流稳压电源又称直流稳压器。它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。 此次的课程设计，要求输出±5V稳定电压。要能顺利完成这一设计，需要不仅熟悉了解课本上的知识，还要学会将理论知识应用到实践中，利用书籍资料来帮助自己。本文设计要求的技术参数和设计要求： 容量：5W 输入电压：交流220V 输出电压：直流±5V 输出电流：1A

直流12V转交流220V电路图

采用TL494的直流12V转交流220V逆变器电路图 采用TL494的400W直流12V转交流220V逆变器电路图 目前所有的双端输出驱动IC中，可以说美国德克萨斯仪器公司开发的TL494功能最完善、驱动能力最强，其两路时序不同的输出总电流为SG3525的两倍，达到400mA。仅此一点，使输出功率千瓦级及以上的开关电源、DC/DC变换器、逆变器，几乎无一例外地采用TL494。虽然TL494设计用于驱动双极型开关管，然而目前绝大部分采用MOSFET开关管的设备，利用外设灌流电路，也广泛采用TL494。其内部电路功能、特点及应用方法如下： A.内置RC定时电路设定频率的独立锯齿波振荡器，其振荡频率fo（kHz）=1.2/R（kΩ）·C （μF），其最高振荡频率可达300kHz，既能驱动双极性开关管，增设灌电流通路后，还能驱动MOSFET开关管。 B.内部设有比较器组成的死区时间控制电路，用外加电压控制比较器的输出电平，通过其输出电平使触发器翻转，控制两路输出之间的死区时间。当第4脚电平升高时，死区时间增大。 C.触发器的两路输出设有控制电路，使Q1、Q2既可输出双端时序不同的驱动脉冲，驱动推挽开关电路和半桥开关电路，同时也可输出同相序的单端驱动脉冲，驱动单端开关电路。 D.内部两组完全相同的误差放大器，其同相输入端均被引出芯片外，因此可以自由设定其基准电压，以方便用于稳压取样，或利用其中一种作为过压、过流超阈值保护。 E.输出驱动电流单端达到400mA，能直接驱动峰值电流达5A的开关电路。双端输出脉冲峰值为2×200mA，加入驱动级即能驱动近千瓦的推挽式和桥式电路。 详细内容请参考本站相关文章(TL494开关集成电路原理及应用介绍) 图采用TL494的400W直流12V转交流220V逆变器电路

如何直流电(DC)变交流电(AC知识分享

查看文章 如何直流电(DC)变交流电(AC)?---逆变器-有电路图（最下） 2010-01-16 16:31 逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ 正弦或方波）。应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。 通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成． 利用TL494组成的400W大功率稳压逆变器电路。它激式变换部分采用 TL494，VT1、VT2、VD3、VD4构成灌电流驱动电路，驱动两路各两只60V/30A的MOS FET开关管。如需提高输出功率，每路可采用3～4只开关管并联应用，电路不变。TL494在该逆变器中的应用方法如下： 第1、2脚构成稳压取样、误差放大系统，正相输入端1脚输入逆变器次级取样绕组整流输出的15V直流电压，经R1、R2分压，使第1脚在逆变器正常工作时有近4.7～5.6V取样电压。反相输入端2脚输入5V基准电压(由14脚输出)。当输出电压降低时，1脚电压降低，误差放大器输出低电平，通过PWM电路使输出电压升高。正常时1脚电压值为5.4V，2脚电压值为5V，3脚电压值为0.06V。此时输出AC电压为235V(方波电压)。第4脚外接R6、R4、C2设定死区时间。正常电压值为0.01V。第5、6脚外接CT、RT设定振荡器三角波频率为100Hz。正常时5脚电压值为1.75V，6脚电压值为3.73V。第7脚为共地。第8、11脚为内部驱动输出三极管集电极，第12脚为TL494前级供电端，此三端通过开关S控制TL494的启动/停止，作为逆变器的控制开关。当S1关断时，TL494无输出脉冲，因此开关管VT4～VT6无任何电流。S1接通时，此三脚电压值为蓄电池的正极电压。第9、10脚为内部驱动级三极管发射极，输出两路时序不同的正脉冲。正常时电压值为1.8V。第13、14、15脚其中14脚输出5V基准电压，使13脚有5V高电平，控制门电路，触发器输出两路驱动脉冲，用于推挽开关电路。第15脚外接5V电压，构成误差放大器反相输入基准电压，以使同相输入端16脚构成高电平保护输入端。此接法中，当第16脚输入大于5V的高电平时，可通过稳压作用降低输出电压，或关断驱动脉冲而实现保护。在它激逆变器中输出超压的可能性几乎没有，故该电路中第16脚未用，由电阻R8接地。 该逆变器采用容量为400VA的工频变压器，铁芯采用45×60mm2的硅钢片。初级绕组采用直径1.2mm的漆包线，两根并绕2×20匝。次级取样绕组采用 0.41mm漆包线绕36匝，中心抽头。次级绕组按230V计算，采用0.8mm漆包线绕400匝。开关管VT4～VT6可用60V/30A任何型号的N沟道MOS FET管代替。VD7可用1N400X系列普通二极管。该电路几乎不经调试即可正常工作。当C9正极端电压为12V时，R1可在3.6～4.7kΩ之间选择，或用10kΩ电位器调整，使输出电压为额定值。如将此逆变器输出功率增大为近600W，为了避免初级电流过大，增大电阻性损耗，宜将蓄电池改用24V，开关管可选用VDS为100V的大电流MOS FET管。需注意的是，宁可选用多管并联，而不选用单只IDS大于50A的开关管，其原因是：一则价格较高，二则驱动太困难。建议选用100V/32A 的2SK564，或选用三只2SK906并联应用。同时，变压器铁芯截面需达到50cm2，按普通电源变压器计算方式算出匝数和线径，或者采用废UPS-600中变压器代用。如为电冰箱、电风扇供电，请勿忘记加入LC低通滤波器。

交流转直流电路图大全(逆变电源-升压电源-交流直流转换器)

交流转直流电路图大全（逆变电源/升压电源/交流直流转换器）交流转直流电路图（一）交流变直流的电路是将正弦渡交流电变成直流的电路，如果输入的信号不是正弦波，而是三角波或是失真比较大的正弦波，平均值与有效值的关系就为1.11倍，因而测量误差就会比较大，这种情况不用平均值，而是直接换算成能求得交流的有效值再转换成直流，圈所示为交流有效值与直流的转换电路，它主要用于信号测量的设备中。 逆变电源把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。在特定场合下，同一套晶闸管变流电路既可作整流，又能作逆变。如下图所示： 高电压升压电源电路：交流220V转直流600V开关电源电路 规格： 开关频率：70~100kHz的 设计指南： DCM的模式下，输出功率为200瓦 输入有效值电流的劣化状况连续电流模式计算公式为： 如果最佳操作占空比设定为D = 0.35 ，然后输入峰值电流 因此，电压检测电压等级限制从FAN7554数据是1.5V 220V转正负5V电源电路图 正负5V电源电路图78和79系列分别是正电压和负电压串联稳压集成电路，体积小、集成度高、线性调整率和负载调整率高，在线性电源时代占领了很大市场。LM7805为固定+5V输出稳压集成电路（采取特殊方法也可使输出高于5V），最大输出电流为1A，标准封装形式有TO-220、TO-263。78和79系列集成电路应用相对固定，电路形式简单，只是正负直流电压输出时应注意变压器最小输出功率和最小输出电压，如图1所示。 根据能量守恒原则，在理想状态下电源输入输出功率相等。在实际中，考虑铜损和其他元器件的损耗，电源的输出功率小于输入功率。78系列和79系列稳压前后直流电压差为2～3V。由于为正负双电源输出，稳压前后直流电压差应为5～6V

一种交流变直流变压电路

将220v 的交流电经过转换稳压分别得到12v 、-12v 、5v 、-5v 的直流电压。 一、 原理 直流稳压组成通常有：电压变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和负载组成。 二、 设计步骤 1、 电网的初始电压 在电压的学习中我们知道有效电压的220v 的最大电压为v 2220故 我们在选择电网电压时，输入的电压峰-峰值为v 2220、频率为50Hz 。 2、 电压变压器 由于我们要得到正、负电源，故我们选择变压器时，选择如下变压 器。 在这里我们为了能够得到设计要求的正、负电压故我们将变压器的中 间输出线接地（gnd ）。这样在接地的上端我们来做正电压，在接地线的下端我们来做负电压。 在电压变压器的计算如下：由理论可知要在电压至少大于稳定电压的2v 才能使用稳压器。故我们变压器的输出电压为14v 故 1 24614220n n 221==）（这样就得到了原边与附边的比为246：1。

3、整流电路 整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流原件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。这里我们就用单相桥式整流电路来实现我们的需要。 4、滤波器 滤波器主要由电容、电感等储能元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分去掉，使输出电压为比较平滑的直流电压。 5、稳压电路 稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流变化时保持稳定。 最后连接上述的全部电路，这样就可以得到如下的电路图： 上图中的稳压元件U1（7812）为12v、U2（7805）为5v、U3（7905）为-5v、U4（7912）为-12v。

交流220V转5V直流电源设计

安康学院 学年论文﹙设计﹚ 题目交流220V转5V直流电源设计 学生姓名学号 所在院(系)电子与信息工程系 专业班级 指导教师 2011年 8 月 3日

电子与信息工程系学年论文（设计）开题报告

交流220V转5V直流电源设计 XX （安康学院电子与信息工程系电子信息工程09级，陕西安康 725000） 指导教师：XXX 【摘要】运用模拟电子技术的基本理论和分析方法，设计了两种220V交流转5V直流电源的方案。第一种方案的稳压部分为串联型稳压电路；第二种方案的稳压部分为集成稳压器。两种方案都在Multisim10平台上进行了仿真。仿真结果表明，两种方案都可以输出比较稳定的5V直流电压，且具有一定的负载能力。 【关键词】直流电源、模拟电子技术、集成稳压器、交直流转换 AC 220V Transform 5V DC Power Design Author:Yong Hao （Grade09,Class2,Major Electronic and information engineering,Department of Electronic & Information Engineering,Ankang University,Ankang 725000,Shaanxi） Tutor:Lv Fang-xing Abstract:According to the basic theory and analytic method of analog electronic technology,two projects that transformed 220V alternating current to 5V direct current is deviced.The voltage stability part of the first project is series voltage regulator.The voltage stability part of the second project is IC voltage regulator.Both projects are simulated in Multisim10 platform.The result of the simulation suggested that both projects are able to output stable 5V direct current and have a certain load capacity. Key words：DC Power，Analog Electronic Technology，IC voltage regulator，AC/DC Conversion

交流220V转5V直流电源设计

交流220V 转5V 直流电源设计 2系统原理 图2.1 系统原理图 首先是对220V 的高压进行变压，变压器的具体的匝比要根据下级的电路来确定。变压之后的电流仍然为交流，在通过整流电路后，变为脉冲直流。滤波电路可以消除脉冲，但是输出的直流电压仍不稳定。最后，通过稳压电路，使得电压的稳定性大大提高，整个过程如图 2.1。两个方案的主 要区别在稳压电路，其他部分的电路结构基本相同[2] 。 3.1.1稳压电路 Q1 2N5551 Q2 2N2222A R1 1kΩ R2 1kΩ R3 1Ω C2 22uF Q3 2N2222A LE D1 LE D2 R4 220Ω R5 255Ω C3 100uF 8 74 2 1 IO1 IO2 IO1 IO3 IO4 IO2 IO3 图3.1 稳压电路 稳压电路主要是对整流滤波之后的电流作进一步处理，使其电压更稳定，同时让整个电路具有一定的负载能力，不会因为外部负载的变化而使输出电压发生变化。 如图3.1，Q1和Q2构成NPN 复合管，可以极大的提高电流放大倍数，减小输入电阻。LED2兼作电源指示和稳压管作用。LED1和R3组成简单过载及短路保护电路。R5和R4进行分压，然后将R4上的电压通过Q3反馈到Q1Q2组成的放大电路。最后C3可以使电压的稳定性进一步提高。 （1）确定输入电压 此部分电路的输入电压即为整流滤波电路的输出电压，为 10551max =+=+='=CE o o i V V V V V （3.1） 其中，i V 就是IO3与IO4之间的电压。max o V 为最大输出电压5V 。1CE V 为三极管Q1的集电极与发射极之间的电压。一般要选择1CE V 在3～8V 的三极管，以保证其工作在放大区。我选择为5V 左右 变压 整流 滤波 稳压 AC220 DC5V

220v-5v

一．电路实现功能 该电路输入家用220v交流电，经过全桥整流，稳压后输出稳定的5v直流电。 二．特点 方便实用，输出电压稳定，最大输出电流为1A，电路能带动一定的负载 三．电路工作原理 从图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的电路发生短路，保险内的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。 变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动很大的直流电源，所以在这里接一个330uF/25V的电解电容。 变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波，在电容C1两端大约会有11V多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器的元件。 三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，

而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。 因为我们要输出5V的电压，所以选用7805，7805前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7805最大可以输出1A的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2脚）短路并不会使7805烧坏，当然如果时间很长就不好说了，这跟散热条件有很大的关系。 三端稳压器后面接一个105的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。 最后在C2两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接,比如MP3等。 虽然7805最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过500mA,否则会发热很大，容易烧坏。一般负载电有200mA以上时需要散热片。 四．设计过程 平时对于5v 的直流电源需求的情况比较多，在单片机，以及一些电路中应用的较多，因此，为了更方便快捷的由220v 的交流电得到这样的电源，故设计了一个电路。 首先，翻阅了参考书，复习了整流稳压的一些电路知识，然后设计出一个实现电路，使用了portel99绘制出电路图，对电路进行简单的仿真和校验。

交流220V转5V直流电源设计

安康学院学年论文（设计） 安康学院 学年论文﹙设计﹚ 题目交流220V转5V直流电源设计 学生姓名学号 所在院(系)电子与信息工程系 专业班级电子信息工程09级1班 指导教师 2011年 8 月 3日

电子与信息工程系学年论文（设计）开题报告

交流220V转5V直流电源设计 作者：** （安康学院电子与信息工程系电子信息工程09级，陕西安康 725000） 指导教师：*** 【摘要】运用模拟电子技术的基本理论和分析方法，设计了两种220V交流转5V直流电源的方案。第一种方案的稳压部分为串联型稳压电路；第二种方案的稳压部分为集成稳压器。两种方案都在Multisim10平台上进行了仿真。仿真结果表明，两种方案都可以输出比较稳定的5V直流电压，且具有一定的负载能力。 【关键词】直流电源、模拟电子技术、集成稳压器、交直流转换 AC 220V Transform 5V DC Power Design Author:** （Grade09,Class2,Major Electronic and information engineering,Department of Electronic & Information Engineering,Ankang University,Ankang 725000,Shaanxi） Tutor:**** Abstract:According to the basic theory and analytic method of analog electronic technology,two projects that transformed 220V alternating current to 5V direct current is deviced.The voltage stability part of the first project is series voltage regulator.The voltage stability part of the second project is IC voltage regulator.Both projects are simulated in Multisim10 platform.The result of the simulation suggested that both projects are able to output stable 5V direct current and have a certain load capacity. Key words：DC Power，Analog Electronic Technology，IC voltage regulator，AC/DC Conversion

交流变成直流

怎样把交流变成直流 目的：1学生领会把交流变成稳定直流的原理和方法。 2在探究交流变成稳定直流过程中， 提高学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力 3丰富学生的物理生活、物理思想和物理方法。 方法：情景探究式教学 过程： 一个普通5号干电池，电动势为1.5V，储存的电荷量大约0.8Ah，使用过程中最多可以提供 1.2 Wh电能。若每个普通5号干电池的价格是1元，干电池提供的电能价格是 833 元/KWh。现行电网电能的价格是 0.528 元/KWh。 对此你有什么想法？ 价格优势和环保等方面思考 二：新课 提出问题：我怎样把220V交流转变成5V直流？ 分析问题： 1电压不匹配怎么办？——用变压器降压。 2交流怎样转换成直流？ 活动一：半波整流。 通过比较交流和直流方向上的区别，回忆二极管的单向导电特性，首先想出用二极管进行半波整流。如图。 实验观察交流和半波整流的波形 半波整流交流波形半波整流后直流波形 实验观察小结，交流转换成直流叫整流，用一个二极管可以实现整流。 发现问题： 我们发现这种方法只利用了交流电的一半波形，且转换成的直流电大小在变化，不利于许多要直流稳定电压的电器工作，我们仍然要面对利用率低和稳定性差的问题。 活动二：全波整流 介绍历史上使用过的2个全波整流电路，

双线圈全波整流桥式整流全波整流后的波形 1认识2个电路的工作原理和优缺点。 全波整流工作原理图， 教师分析全波整流工作原理，桥式整流工作原理可以让学生分析、讨论。 2观察全波整流后的波形。比较2种整流的不同。 活动小结，提高了交流电的利用率，现在简单电路、要求不高的少数电路采用半波整流，普遍使用桥式整流，且4个二极管可以做成整流模块。 活动三，滤波 全波整流后的直流电叫脉动直流，是因为直流里含有交流的成分。 减小脉动直流中交流成分，使之变成较稳定的电流叫滤波。 如何去除或阻碍交流成分通过负载，使电压平稳，形成稳恒电流？ 引导学生从电容和电感对交流电的作用上思考。并 联电容和串联电感能起到滤波的作用。 观察半波整流和桥式整流加滤波电容后的波形。 观察电容器电容大小对波形的影响 活动小结，电容和电感都可以滤波。电容并联在电 源2极，电感串联在电路里，电容器电容越大，电感的 自感系数越大，滤波效果越好。有的电路为了取得较 好的滤波效果采用π型滤波电路。如右图。 活动四，稳压 观察输出电压随负载和输入电压的变化而变化。 稳压的办法有二 1采用稳压管

交流变直流电路设计

交流变直流设计 设计题目：将220v 的交流电经过转换稳压分别得到12v 、-12v 、5v 、-5v 的直流电压。 一、 设计目的 1、 了解单相整流、滤波和稳压电路的工作原理。 2、 掌握单相直流稳压电源的调试及其主要性能指标的测试方法。 3、 了解集成稳压器的特点及使用方法。 二、 设计原理 直流稳压组成通常有：电压变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和负载组成。 三、 设计步骤 1、 电网的初始电压 在电压的学习中我们知道有效电压的220v 的最大电压为v 2220故 我们在选择电网电压时，输入的电压峰-峰值为v 2220、频率为50Hz 。 2、 电压变压器 由于我们要得到正、负电源，故我们选择变压器时，选择如下变压 器。

在这里我们为了能够得到设计要求的正、负电压故我们将变压器的中 间输出线接地（gnd ）。这样在接地的上端我们来做正电压，在接地线的下端我们来做负电压。 在电压变压器的计算如下：由理论可知要在电压至少大于稳定电压的2v 才能使用稳压器。故我们变压器的输出电压为14v 故124614220n n 221==）（这样就得到了原边与附边的比为246：1。 3、 整流电路 整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流原件，将正负交替的 正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。这里我们就用单相桥式整流电路来实现我们的需要。 4、 滤波器 滤波器主要由电容、电感等储能元件组成。它的作用是尽可能地将 单向脉动电压中的脉动成分去掉，使输出电压为比较平滑的直流电压。 5、 稳压电路 稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或 负载电流变化时保持稳定。 最后连接上述的全部电路，这样就可以得到如下的电路图： 上图中的稳压元件U1（7812）为12v 、U2（7805）为5v 、U3（7905）为-5v 、U4（7912）为-12v 。

220V交流电转化为

广州大学松田学院 《电力电子技术》课程设计 班级： 12电气一班 姓名：陈哲楷黄泽堃 学号： 1207020135,36 指导教师：许崇娟 撰写日期： 2014年10月28日

220V交流电转15V直流电电路设计 一、设计目的。 本电路设计旨在将220V交流电转换成15V直流稳压电源。 二、设计思路。 先将220V交流电变压成较低电压的交流电，经过桥式整流二极管将低压交流电整流将交流电的下半周期翻转为正半周期，再经过电容滤波后进入三端稳压器稳压，最后输出得到一个稳定的15V直流电源。 三、各类元件的选择。 1、桥式整流二极管的选择：每个二极管的反向击穿电压必须大于变压后低压交流电的峰值，理想状态下采用匝数比为12.2:1的变压器可将220V交流电转为18V交流电，变压后交流电的峰值u2=√2*18=25.46V。1N5401的反向击穿电压为100V>25.46V，最高允许通过电流为3A ，故采用4个1N5401构成桥式整流电路。 2、滤波电容的选择：选用原则RC>（3~5）T，经过整流之后T=0.01s，若选用负载R=1KΩ，则C>（3~5）T/R=300~500uF。故选用容量为2000uF的电容C1作为滤波电容。 3、稳压元器件的选择：为了输出稳定的15V电压，而又能承受住最高约为25V的输入，可选用三端正稳压器电路LM7815，它最高可以接入31V的电压，输出电流最高可达1A，适用于该电路。 4、其它元器件的选择： 电容C2=0.33uF用于抵消输入长接线的电感效应，防止自激振荡。 电容C3=0.1uF用于改善负载的瞬态响应，消除高频噪声。 二极管D5，起续流作用，用于防止输入端短路时C3反向放电而损坏稳压器。1N4001的反向击穿电压为50V>18-15V,适用于该电路。 四、电路图的连接。 根据设计思路及选择的元器件在软件Multsim10.1进行连接得如下电路图：

怎样把交流变成直流

怎样把交流变成直流 一：引入例题 一个普通5号干电池，电动势为1.5V，储存的电荷量大约0.8Ah，使用过程中最多可以提供1.2 Wh电能。若每个普通5号干电池的价格是1元，干电池提供的电能价格是 833 元/KWh。现行电网电能的价格是 0.528 元/KWh。 提出问题：我怎样把220V交流转变成5V直流？ 分析问题： 1电压不匹配怎么办？——用变压器降压。 2交流怎样转换成直流？ 活动一：半波整流。 通过比较交流和直流方向上的区别，回忆二极管的单向导电特性，首先想出用二极管进行 半波整流。如图。 实验观察交流和半波整流的波形 半波整流交流 波形半波整流后直 流波形 交流转换成直流叫整流，用一个 二极管可以实现整流。 发现问题： 我们发现这种方法只利用了交流电的一半波形，且转换成的直流电大小在变化，不利于许 多要直流稳定电压的电器工作，我们仍然要面对利用率低和稳定性差的问题。 活动二：全波整流 介绍历史上使用过的2个全波整流电路， 双线圈全波整流桥式整流 全波 整流 后的 波形 活动小结，提高了交流电的利用率，现在简单电路、要求不高的少数电路采用半波整流，普遍使用桥式整流，且4个二极管可以做成整流模块。 活动三，滤波 全波整流后的直流电叫脉动直流，是因为直流里含有交流的成分。 减小脉动直流中交流成分，使之变成较稳定的电流叫滤波。 如何去除或阻碍交流成分通过负载，使电压平稳，形成稳恒电流？ 观察半波整流和桥式整流加滤波电容后的波形。 观察电容器电容大小对波形的影响 活动小结，电容和电感都可以滤波。 活动四，稳压 观察输出电压随负载和输入电压的变化而变化。

稳压的办法有二 1采用稳压管 2采用三端稳压器 观察经过三端稳压器后的电压波形。 三：小结 解决问题：把220V交流变成低压直流的四个组成部分：降压—整流—滤波—稳压。 1整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电，二极管在电路中起开关的作用。 2滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分，电容和电感起滤波的作用。 3稳压电路对整流后的直流电压采用技术进一步稳定直流电压。三端稳压器是常用的稳压器件。 4该转换电路整体转换效率比较高。几乎所有的用电器都有需要稳定直流电源才能正常工作的电路，因此交流变直流有广泛的实用价值。