隔離型DC-DC電源變換器設計任務書

1、課 程 設 計 報 告學 院：專業(yè)名稱：學生姓名：班 級：指導教師：時 間： 本科課程設計報告課程設計任務書題目：隔離式DC-DC變換器設計（基于SG3525的雙管電壓模式正激開關變換器）一、設計內容1.了解saber仿真軟件，并能利用saber仿真軟件進行簡單的設電路計2.學習雙管電壓模式正激開關變換器的組成、功能及其設計方法3.運用以SG3525為核心的電路結構產(chǎn)生PWM波，并使其控制主電路4. 設計反饋環(huán)，開關管的驅動電路等電路，二、進度要求第13天第46天 第79天 ；第 10 天 ；第1112天 整理材料，撰寫課程設計報告。三、設計要求輸入規(guī)范：電壓：150Vdc，6v轉化效率 ：0

2、.85開關頻率：200KHz輸出規(guī)范：電壓：15Vdc，5%電流：50mA -2A ，紋波100mA輸出功率：30Watts學 生鄧飛指導教師李兵強正文一、課設預備知識1、雙管電壓模式正激開關變換器正激式變壓器開關電源，是指當變壓器的初級線圈正在被直流脈沖電壓激勵時，變壓器的次級線圈正好有功率輸出。圖1由于正激變換器的輸出功率不像反激變換器那樣受變壓器儲能的限制，因此輸出功率較反激變換器大，但是正激變換器的開關電壓應力高，為兩倍輸入電壓，有時甚至超過兩倍輸入電壓，過高的開關電壓應力成為限制正激變換器容量繼續(xù)增加的一個關鍵因素。為了降低開關的電壓應力，可以采用雙管正激變換器，如圖所示，同單管正激

3、變換器相比，雙管正激變換器在變換器的原邊增加了一個開關管，并增加了兩個二極管，這兩個二極管一方面起著箝位的作用，將開關電壓箝位在輸入電壓，另一方面為變壓器去磁提供通路。圖2為雙管正激變換器主電路，其變壓器二次側電路和單管正激變換器一樣，但一次繞組與S1、S2（兩個開關晶體管）串聯(lián)，S1、S2在PWM脈沖作用下同時導通或關斷，在每個晶體開關管和一次繞組之間，各并聯(lián)一個續(xù)流二極管VD1、VD2，使得S1、S2關斷時，變壓器儲能有一個釋放通路，經(jīng)過VD1、VD2回饋到直流輸入電源。因此雙管正激變換器無需另加磁復位措施。VD1、VD2還起鉗位作用，將S1、S2承受的電壓鉗位于輸入電壓Vi。圖22、SG

4、3525SG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強的單片集成PWM控制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅動為推拉輸出形式，增加了驅動能力；內部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，有過流保護功能，頻率可調，同時能限制最大占空比。其性能特點如下： 1)工作電壓范圍寬： 835V。 2)內置51 V10的基準電壓源。 3)芯片內振蕩器工作頻率寬100Hz400 kHz。 4)具有振蕩器外部同步功能。 5)死區(qū)時間可調。為了適應驅動快速場效應管的需要，末級采用推拉式工作電路， 使開關速度更陜，末級輸出或吸入電流最大值可達400mA。 6)內設欠壓鎖定電路。當輸入電壓小于8V時芯片內

5、部鎖定，停止工作(基準源及必要電路除外)，使消耗電流降至小于2mA。 7)有軟啟動電路。比較器的反相輸入端即軟啟動控制端芯片的引腳8，可外接軟啟動電容。該電容器內部的基準電壓Uref由恒流源供電，達到25V的時間為t=(25V50A)C，占空比由小到大(50)變化。 8)內置PWM(脈寬調制)。鎖存器將比較器送來的所有的跳動和振蕩信號消除。只有在下一個時鐘周期才能重新置位，系統(tǒng)的可靠性高。SG3525結構框圖及內部結構如下：圖3圖4SG3525引腳功能說明直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的元器件作為電源。振蕩器腳5須外接電容CT，腳6

6、須外接電阻RT。振蕩器頻率廠由外接電阻RT和電容CT決定，振蕩器的輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出，誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進行比較，輸出一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端。或非門的另兩個輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個輸出互補，交替輸出高低電平，將PwM脈沖送至三極管VT1及VT2的基極，鋸齒波的作用是加入死區(qū)時間，保證VT1及VT2不同時導通。最后，VTl及VT2分別輸出相位相差為180的PW

7、M波。二、電路設計1、功率電路參數(shù)設計1.1確定占空比和變壓器匝比：正激變換器的基本關系式： Vout (Vin)(1 / n)(D) 式中Vout 為直流輸出電壓，n為變壓器匝比且等于np / ns，D為占 空比。 根據(jù)Vout = 15V 和 Vin = 150 V. 正激變換器的占空比D必須小于0.5，其取值范圍在00.5之間。本 例中，取D=0.3， 所以 1.2計算最大、最小和額定占空比圖5圖6 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可得如下功率電路圖72、控制電路設計SG3525各引腳的接線情況如下：1）1腳與9腳通過電阻和電容連接起來，構成PI調節(jié)。16腳為5.1V基準電壓。2）2腳輸入為通過電位器對5

8、.1V基準電壓分壓作為參考電壓，通過調節(jié)電位器即可調節(jié)輸出地PWM波占空比。3）3、4腳可以不接。4）5腳和7腳短接作為放電回路，5腳輸出為三角波，5腳接地電容和6腳的接地電阻確定PWM波的頻率，其中5腳所接電容CT大小為10nF，6腳所接電阻RT大小為714歐，根據(jù)可得f=200KHz。5）8腳通過一電容接地。在芯片正常工作（有PWM波輸出）時為低電平，接地即可，當輸入為高電平時,禁止PWM波輸出，可用此管腳設計過壓保護電路。6）11和14腳每一路最大可輸出占空比為50%的PWM波且二者為“非”的關系，選用11腳輸出的PWM波作為中電路中開關管的驅動信號7）13和15腳接+15V直流電源。所

9、得控制電路如下圖圖83、PI調節(jié)電路為了使電路具有較好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，通過在SG3525的1、2、9管腳加入相應的PI調節(jié)環(huán)節(jié)，以使輸出電壓保持恒定值，原理圖如下所示：圖9選取系統(tǒng)的PID調節(jié)參數(shù)如控制電路圖1、2和9腳連接所示。1腳和9腳之間接1nf電容和100K電位器，與后級電路反饋電阻100；2腳與地接1K電阻，與電源之間接10K電位器。4、雙管電壓模式正激電路開關變換器電路總圖連接上述各圖，可得設計的電路總圖，如下所示圖10三、仿真驗證本設計中我們小組用saber軟件對所設計電路進行仿真，結果如下SG3525中的振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波如下圖所示圖11SG3525中11管腳輸出的PWM波如下圖121、 輸入電壓為150V，輸出的電壓及電流波形如下圖132、 輸入電壓為最小值144V