鑒于SG3525的DCDC開關(guān)電源設(shè)計綜述鑒于SG3525的DCDC開關(guān)電源設(shè)計綜述59/59鑒于SG3525的DCDC開關(guān)電源設(shè)計綜述鑒于SG3525的DC/DC開關(guān)電源設(shè)計TheDesignofDC/DCSwitchingPowerSupplyBasedonSG3525畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目鑒于SG3525的DC/DC開關(guān)電源設(shè)計一、設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一個鑒于SG3525可調(diào)占空比的推挽式DC/DC開關(guān)電源，給出系統(tǒng)的電路設(shè)計方法以及主要單元電路的參數(shù)計算。二、基本要求系統(tǒng)工作原理及設(shè)計思路。設(shè)計開關(guān)電源主電路。選擇電源變壓器，設(shè)計開關(guān)管的驅(qū)動控制電路。主要元器件的選擇。利用saber進行系統(tǒng)仿真。三、主要技術(shù)指標輸入電壓為DC10—35V，輸入額定電壓為12V，輸出為360V，額定功率為500W。電路以SG3525為控制芯片，使電源工作性能牢固，電源效率高。四、應(yīng)收集的資料及參照文件鄒懷虛.電源應(yīng)用技術(shù)[M].北京：科學(xué)初版社.1998劉成功.現(xiàn)代高頻開關(guān)電源合用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)初版社，2001五、畢業(yè)設(shè)計進度計劃第1—2周：收集資料，完成系統(tǒng)工作原理及設(shè)計思路開題報告。第3周：設(shè)計開關(guān)電源主電路。第4—6周：選擇電源變壓器，設(shè)計開關(guān)管的驅(qū)動控制電路及主要元器件的選擇。第7周：中期檢查。第8—11周：利用saber進行系統(tǒng)仿真。第12—13周：論文審鑒定稿。第14—15周：爭辯。畢業(yè)設(shè)計開題報告題目

鑒于

SG3525的

DC/DC

開關(guān)電源設(shè)計一、研究背景21世紀是信息化的時代，信息化的迅速發(fā)展使得人們對于電子設(shè)備、

產(chǎn)品的依賴性越來越大，而這些電子設(shè)備、產(chǎn)品都離不開電源。開關(guān)電源有對于線性電源擁有效率、體積、重量等方面的優(yōu)勢，特別是高頻開關(guān)電源正變得更輕，更小，效率更高，也更可靠，這使得高頻開關(guān)電源成為了應(yīng)用最寬泛的電源。從開關(guān)電源的組成來看，它主要由兩部分組成：功率級和控制級。功率級的主要任務(wù)是依照不同樣的應(yīng)用途合及要求，選擇不同樣的拓撲結(jié)構(gòu)，同時兼顧半導(dǎo)體元件考慮設(shè)計成本；控制級的主要任務(wù)則是依照電路電信號選擇合適的控制方式，當前的開關(guān)電源以PWM控制方式居多。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀外國研究現(xiàn)狀自20世紀50年代，美國宇航局以小型化重量輕為目標而為搭載火箭開發(fā)首個開關(guān)電源以來，在半個多世紀的發(fā)展中，開關(guān)電源逐漸取代了傳統(tǒng)技術(shù)制造的相控穩(wěn)壓電源，并寬泛應(yīng)用于電子整機設(shè)備中。隨著集成電路的發(fā)展，開關(guān)電源逐漸向集成化方向發(fā)展，趨于小型化和模塊化。近20年來，集成開關(guān)電源沿兩個方向發(fā)展。第一個方向是對開關(guān)電源的控制電路實現(xiàn)集成化。1977年外國第一研制成脈寬調(diào)制(PWM)控制器集成電路，美國Motorola公司、SiliconGeneral公司、Unitrode公司等接踵推出一系列PWM芯片。近些年來，外國研制出開關(guān)頻率達1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二個方向是實現(xiàn)中、小功率開關(guān)電源單片集成化。1994年，美國電源集成公司(PowerIntegrations)在世界上當先研制成功三端隔斷式PWM型單片開關(guān)電源，其屬于AC/DC電源變換器。此后接踵推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列產(chǎn)品。意-法半導(dǎo)體公司近來也開發(fā)出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率單片電源系列產(chǎn)品，并獲取寬泛應(yīng)用。當前，單片開關(guān)電源已形成了幾十個系列、數(shù)百種產(chǎn)品。單片開關(guān)電源自問世以來便顯示出富強的生命力，其作為一項頗具發(fā)展遠景和影響力的新產(chǎn)品，引起了國內(nèi)外電源界的寬泛關(guān)注。單片開關(guān)電源擁有高集成度、高性價比、最簡外面電路、最正確性能指標等特色，現(xiàn)己成為開發(fā)中小功率開關(guān)電源、精美開關(guān)電源及開關(guān)電源模塊的優(yōu)選集成電路。國內(nèi)研究現(xiàn)狀與外國開關(guān)電源技術(shù)對照，國內(nèi)從1977年才開始進入初步發(fā)展期，起步較晚、技術(shù)相對落后。當前國內(nèi)DC/DC模塊電源市場主要被外國品牌所據(jù)有，它們覆蓋了大功率模塊電源的大多數(shù)以及中小功率模塊電源一半的市場。但是，隨著國內(nèi)技術(shù)的進步和生產(chǎn)規(guī)模的擴大，入口中小功率模塊電源正在迅速被國產(chǎn)DC/DC產(chǎn)品所取代。開關(guān)電源的發(fā)展向來都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。高頻化的實現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)異的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET、IGBT等新式高速器件，開發(fā)高頻用的低損磁性資料，改進磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，提升濾波電容的介電常數(shù)及降低其等效串通電阻等，對于開關(guān)電源小型化向來產(chǎn)生著巨大的推動作用。開關(guān)電源被譽為高效能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。采用了高頻變壓器和控制集成電路的開關(guān)電源更擁有效率高、輸出牢固、可靠性高等特色，是今后電源的發(fā)展趨勢。三、主要工作解析系統(tǒng)工作原理及設(shè)計思路。設(shè)計開關(guān)電源主電路。選擇電源變壓器，設(shè)計開關(guān)管的驅(qū)動控制電路。依照任務(wù)要求選擇主要元器件。利用saber進行系統(tǒng)仿真。四、采用的方法依照設(shè)計要求，采用SG3525脈寬調(diào)制控制器。經(jīng)過調(diào)治SG3525第5腳上CT的電容和第6腳RT上的電阻就可以改變輸出控制信號PWM的頻率。調(diào)治第9腳COMP的電壓能夠改變輸出脈寬，能夠改進開關(guān)電源的動向性能和簡化控制電路的設(shè)計。五、預(yù)期達到的結(jié)果利用saber進行系統(tǒng)仿真使設(shè)計的開關(guān)電源滿足輸入電壓為DC10—35V，輸入額定電壓為12V，輸出為360V，額定功率為500W。電路以SG3525為控制芯片，且電源工作性能牢固，電源效率高。指導(dǎo)教師簽字時間年代日綱要本文主要目的是設(shè)計一款鑒于SG3525的推挽式DC/DC開關(guān)電源，第一能夠?qū)C10~35V，轉(zhuǎn)變成DC360V，額定功率達到500W。可應(yīng)用在低壓轉(zhuǎn)高壓的設(shè)備中，特別是合用于低壓輸入的車載逆變電源的前級升壓等。經(jīng)過比較研究，設(shè)計了鑒于SG3525的推挽式DC/DC開關(guān)電源的主拓撲結(jié)構(gòu)，將前級的低壓直流電經(jīng)過變壓器耦合升壓，輸出經(jīng)過橋式整流和LC濾波，獲取360V直流高壓。MOSFET漏源極采用RC吸取電路，對變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓進行吸取。電壓的反響采用TL431和PC817結(jié)合的隔斷采樣方式，實現(xiàn)了前后級的電氣隔斷。電壓反響信號送入SG3525的比較端，與SG3525的內(nèi)部三角波進行比較，能夠獲取占空比變化的PWM波形，實現(xiàn)對輸出電壓的閉環(huán)控制。經(jīng)過對主電路工作原理解析和參數(shù)計算，完成了硬件電路的設(shè)計，最后經(jīng)過電力電子仿真軟件SABER對電路進行仿真考據(jù)，能夠在輸入電壓全范圍內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出360V，輸出功率達到額定要求，電路性能牢固，響應(yīng)速度快。要點詞：SG3525推挽DC/DC開關(guān)電源SABER仿真AbstractThemainpurposeofthispaperisbasedonapush-pullDC/DCSG3525switchingpowersupply,canbetransformedintoDC10~35V,DC360V,ratedpowerreaches500W.Canbeusedinhighpressureandlowpressurerotordevice,especiallysuitableforlowvoltageinverterpowerinputbeforevoltageetc..Throughthecomparativestudy,designthemaintopologyofpush-pullDC/DCswitchingpowersupplybasedonSG3525,thelowvoltageDCpowerstagethroughtransformerstep-up,outputfilteredbridgerectifierandLC,360VDChighvoltage.MOSFETdrainsourceusingRCsnubbercircuit,peakvoltageoftransformerleakagegeneratedbyabsorption.IsolationbyTL431andPC817combinedwiththefeedbacksamplingvoltage,electricalisolationbetweenthebeforeandafterclass.ComparisonofterminalvoltagefeedbacksignalissenttoSG3525,comparedwiththeinternaltriangularwaveSG3525,cangetthePWMdutycyclewaveformchanges,toachieveclosed-loopcontrolofoutputvoltage.Throughtheworkofthemaincircuitprincipleanalysisandparametercalculation,completedthehardwarecircuitdesign,thepowerelectronicsimulationsoftwareSABERtoverifythecircuit,theinputvoltagecanachievethefullrangeoutputvoltage360V,outputpowerreachestheratedcircuitrequirements,stableperformance,fastresponsespeed.Keywords：SG3525push-pullDC/DCSABERsimulation目錄第1章緒論····················································1課題研究的目的意義··········································1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀·············································1論文研究內(nèi)容················································2第2章課題設(shè)計要求及方案············································3設(shè)計要求··················································3設(shè)計方案··················································3第3章系統(tǒng)主要元器件介紹············································5SG3525芯片介紹············································53.1.1引腳功能說明···········································63.1.2SG3525的工作原理··········································7TL431工作原理介紹··········································9PC817性能介紹············································11高頻變壓器··················································12第4章硬件電路設(shè)計·················································14推挽電路原理及設(shè)計·········································14SG3525控制電路設(shè)計··········································17TL431和PC817反響電路設(shè)計···································18高頻變壓器設(shè)計············································19第5章saber仿真考據(jù)···············································22仿真軟件介紹···············································22系統(tǒng)仿真電路圖············································23仿真結(jié)果·················································23第6章結(jié)論···················································27參照文件··························································28道謝··························································29附錄··························································30附錄A外文資料···············································30附錄B電路原理圖·············································47石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第1章緒論課題研究的目的意義隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，當先完成計算機的電源換代，進入90年代開關(guān)電源接踵進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已寬泛地使用了開關(guān)電源，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展[1]。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持牢固輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和開關(guān)器件（MOSFET、BJT等）組成。開關(guān)電源和線性電源對照，兩者的成本都隨著輸出功率的增加而增加，但兩者增加速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關(guān)電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益勢低輸出電力端搬動，這為開關(guān)電源供給了寬泛的發(fā)展空間[2]。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進入更寬泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕盈化。別的開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都擁有重要的意義[3]。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自20世紀50年代，美國宇航局以小型化重量輕為目標而為搭載火箭開發(fā)首個開關(guān)電源以來，在半個多世紀的發(fā)展中，開關(guān)電源逐漸取代了傳統(tǒng)技術(shù)制造的相控穩(wěn)壓電源，并寬泛應(yīng)用于電子整機設(shè)備中。隨著集成電路的發(fā)展，開關(guān)電源逐漸向集成化方向發(fā)展，趨于小型化和模塊化。近20年來，集成開關(guān)電源沿兩個方向發(fā)展。第一個方向是對開關(guān)電源的控制電路實現(xiàn)集成化[4]。1977年外國第一研制成脈寬調(diào)制(PWM)控制器集成電路，美國Motorola公司、SiliconGeneral公司、Unitrode公司等接踵推出一系列PWM芯片。近些年來，外國研制出開關(guān)頻率達1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二個方向是實現(xiàn)中、小功率開關(guān)電源單片集成化。1994年，美國電源集成公司(PowerIntegrations)在世界上當先研制成功三端隔斷式PWM型單片開關(guān)電源，其屬于AC/DC電源變換器。此后接踵推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、1石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列產(chǎn)品。意-法半導(dǎo)體公司近來也開發(fā)出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率單片電源系列產(chǎn)品，并獲取寬泛應(yīng)用。當前，單片開關(guān)電源已形成了幾十個系列、數(shù)百種產(chǎn)品。單片開關(guān)電源自問世以來便顯示出富強的生命力，其作為一項頗具發(fā)展遠景和影響力的新產(chǎn)品，引起了國內(nèi)外電源界的寬泛關(guān)注。[5]單片開關(guān)電源擁有高集成度、高性價比、最簡外面電路、最正確性能指標等特色，現(xiàn)己成為開發(fā)中小功率開關(guān)電源、精美開關(guān)電源及開關(guān)電源模塊的優(yōu)選集成電路。與外國開關(guān)電源技術(shù)對照，國內(nèi)從1977年才開始進入初步發(fā)展期，起步較晚、技術(shù)相對落后。當前國內(nèi)DC/DC模塊電源市場主要被外國品牌所據(jù)有，它們覆蓋了大功率模塊電源的大多數(shù)以及中小功率模塊電源一半的市場。但是，隨著國內(nèi)技術(shù)的進步和生產(chǎn)規(guī)模的擴大，入口中小功率模塊電源正在迅速被國產(chǎn)DC/DC產(chǎn)品所取代。開關(guān)電源的發(fā)展向來都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。高頻化的實現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)異的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET、IGBT等新式高速器件，開發(fā)高頻用的低損磁性資料，改進磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，提升濾波電容的介電常數(shù)及降低其等效串通電阻等，對于開關(guān)電源小型化向來產(chǎn)生著巨大的推動作用[6]。論文研究內(nèi)容本文旨在研究和設(shè)計一款鑒于SG3525的推挽式DC/DC開關(guān)電源，能夠用于低壓到高壓的變換，特別是合用于低壓輸入的逆變電源的前級，比方車載逆變器和家用逆變器的前級升壓。主要研究內(nèi)容包括：(1)提出設(shè)計參數(shù)要求，并設(shè)計系統(tǒng)的硬件電路方案和軟件仿真考據(jù)方案。(2)對系統(tǒng)中用到的主要原件進行說明和原理介紹。包括SG3525的電氣參數(shù)介紹以及工作原理和結(jié)構(gòu)特色；TL431組成反響電路的工作原理介紹；PC817的主要性能介紹；高頻變壓器的工作原理。(3)對系統(tǒng)的硬件電路進行分模塊設(shè)計。包括推挽主電路的設(shè)計和推挽電路工作原理解析；SG3525控制電路的設(shè)計，以及SG3525的工作頻率和死區(qū)時間的選定；TL431和PC817組成的反響電路的參數(shù)設(shè)計；高頻變壓器的設(shè)計和制作。(4)選擇SABER仿真軟件對系統(tǒng)進行建模擬真。而且對仿真獲取的波形進行分析，判斷電路設(shè)計的正確性和性能。(5)對本設(shè)計進行總結(jié)，給出改進建議。2石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第2章課題設(shè)計要求及方案設(shè)計要求設(shè)計一個鑒于SG3525可調(diào)占空比的推挽式DC/DC開關(guān)電源，輸入的電壓為DC10—35V，輸入額定電壓為12V，輸出為360V，額定功率為500W。電路以SG3525為控制芯片，使電源工作性能牢固，電源效率高。給出系統(tǒng)的電路設(shè)計方法以及主要單元電路的參數(shù)計算，選擇吻合設(shè)計要求的元器件，最后用saber進行仿真。設(shè)計方案設(shè)計方案主要包括硬件設(shè)計和仿真解析兩部分。其中硬件系統(tǒng)主要由SG3525控制電路、推挽電路、TL431和PC817反響電路幾部分組成。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。+DC推挽電路360V負10~35V載-驅(qū)動信號SG3525TL431+PC817控制電路反響電路圖2-1系統(tǒng)框圖直流電壓輸入范圍是10~35V，額定狀態(tài)下為12V，作為推挽電路的直流供電。推挽電路將低壓直流斬波成高頻交流信號，再經(jīng)過變壓器耦合、升壓，次級經(jīng)過迅速恢復(fù)二極管組成的整流橋整流，經(jīng)過LC濾波器濾波后獲取高壓直流，給負載供電。TL431和PC817組成的反響電路能夠收集高壓直流信號，并跟基準電壓比較，經(jīng)過補償器的調(diào)治，再將反響信號送入SG3525的比較端。SG3525控制電路把反響電路送入的反響電壓信號與內(nèi)部的三角波進行比較，就可以獲取占空比變化的PWM波3[7]。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計形，再將PWM波形送給推挽電路，來驅(qū)動開關(guān)管動作，最后使高壓側(cè)輸出電壓牢固在360V。仿真解析作為電路設(shè)計先期的一種有效手段，能夠幫助解析電路的可行性，減少后期設(shè)計中改版等問題，節(jié)約開發(fā)成本。第一要對整個電路進行設(shè)計，先期工作就是查閱相關(guān)資料和芯片的數(shù)據(jù)手冊，設(shè)計出有效的電路。爾后選擇一款合適的，仿真收效好的軟件，并將設(shè)計好的電路圖，用仿真軟件中的仿真模型取代并建立仿真原理圖。建立好仿真原理圖后，還不能夠馬上運行，必定對仿真原理圖以及仿真軟件的參數(shù)進行設(shè)置，包括仿真時間、仿真步長、仿真精度、收斂問題等進行合理設(shè)置，防范仿真過程中出現(xiàn)運算不收斂，以致仿真失敗。參數(shù)設(shè)置好后就可以運行仿真軟件，并等到計算完成，得出各個器件和網(wǎng)絡(luò)的電壓、電流等信息。采用需要解析的波形結(jié)果，解析電路的工作性能可否如設(shè)計的那樣。若是出現(xiàn)結(jié)果不正確，也許收效不好的現(xiàn)象，那么必定更正電路，重新設(shè)計部分電路圖，經(jīng)過屢次的更正和仿真調(diào)試，最后獲取性能優(yōu)異的最后電路圖4石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第3章系統(tǒng)主要元器件介紹SG3525芯片介紹隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，功率MOSFET在開關(guān)變換器中開始寬泛地使用，為此美國硅通用半導(dǎo)體公司研發(fā)并推出了SG3525芯片，以用于方便地驅(qū)動N溝道功率MOSFET。SG3525是一款性能優(yōu)異、功能齊全、使用寬泛、而且通用性很強單片集成的PWM控制芯片，SG3525結(jié)構(gòu)簡單簡單可靠而且使用起來方便靈便[8]。安森美、意法半導(dǎo)體、飛思卡爾、凌力爾特、美國硅通用等多家半導(dǎo)體大公司都有生產(chǎn)銷售，其功能齊全，但是外面電路的設(shè)計卻很簡單，極大地方便了電子工程師的電路設(shè)計復(fù)雜度，不同樣的外面電路設(shè)計能夠完成不同樣的電路功能。芯片輸出驅(qū)動為Pull-Push圖騰柱推挽式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動能力富強，能夠適應(yīng)不同樣的開關(guān)管對驅(qū)動電流的要求；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，能夠在電源啟動過程和保護狀態(tài)下有效地保護芯片和電路主要器件的安全使用。同時還擁有過流保護功能，頻率可調(diào)，而且能夠經(jīng)過控制延時電阻，完成死區(qū)時間的設(shè)計，由此控制了最大占空比，使電源工作更加安全可靠。其性能特色以下：(1)正常工作電壓擁有很寬的范圍，能夠工作在8～35V。(2)內(nèi)部集成高精度基準電壓源5.1V±％。(3)工作頻率范圍寬，能夠達到100Hz～400kHz。(4)擁有振蕩器外面同步功能。(5)死區(qū)時間能夠經(jīng)過延時電阻進行配置。內(nèi)部擁有Pull-Push圖騰柱推挽輸出結(jié)構(gòu)，擁有大電流輸出能力，能夠驅(qū)動不同樣的晶體管和迅速場效應(yīng)管，輸出或吸入電流最大值可達400mA。(6)內(nèi)部設(shè)置了工作電壓欠壓鎖定電路。若是工作電壓低于8V，則欠壓鎖定電路工作，內(nèi)部輸出將鎖定，芯片耗費將減小，工作電流將低于2mA。(7)內(nèi)部集成了軟啟動電路，軟啟動引腳內(nèi)部連接有一個恒流源，能夠為外面連接的電容充電，能夠經(jīng)過外面配置不同樣的電容值，設(shè)置不同樣的軟啟動時間。軟啟動過程占空比從0逐漸增加到所設(shè)置的最大占空比。(8)PWM調(diào)至電路在設(shè)計上采用了鎖存器輸出的方式，占空比的改變必定等到下一個時鐘跳沿才能更新。能夠在電源供電噪聲大，輸入信號有顛簸和噪聲時，依舊能夠可靠輸出[9]。5石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計引腳功能說明反相輸入116Vref同相輸入215Vs振蕩器輸出314B管E電流限制檢測+413B管C電流限制檢測-512A管CRT611A管ECT710閉鎖控制GND89補償圖3-1SG3525引腳圖(1)Inv.input(引腳1)：這是集成在芯片內(nèi)部的誤差放大器的反向輸入端。在反響電路的設(shè)計中，能夠?qū)⒎错懶盘柦?jīng)過辦理后送入這個引腳，能夠組成一個負反響閉環(huán)系統(tǒng)。也能夠?qū)⒃撘_和引腳9直接連接，組成一個電壓隨從器，用于開環(huán)控制中作為一個電壓隨從。(2)Noninv.input(引腳2)：這是集成在芯片內(nèi)部的誤差放大器的反向輸入端，配合引腳1組成一個反響系統(tǒng)。能夠接一個目標給定信號，平時情況下，該引腳會經(jīng)過兩個電阻將芯片內(nèi)部的5.1V基準電壓分壓送入，作為一個給定信號，還可以夠經(jīng)過一些外面電阻和電容組成一個反響補償網(wǎng)絡(luò)。(3)Sync(引腳3)：芯片供給的接入外面同步信號的引腳，在多機聯(lián)機工作也許需要頻率相位同步的情況下，能夠?qū)⒅鳈C的頻率信號送入從機的同步引腳，實現(xiàn)和外面主機的信號同步。(4)OSC.Output(引腳4)：內(nèi)部振蕩器時鐘輸出引腳。(5)CT(引腳5)：振蕩器準時電容接入端。(6)RT(引腳6)：振蕩器準時電阻接入端。(7)Discharge(引腳7)：內(nèi)部振蕩器放電端。該引腳能夠與引腳5之間連接一個電阻，這樣就能控擬定時電容上的放電斜率，放電斜率能夠控制PWM信號的死區(qū)時間，因此能夠經(jīng)過計算，合理地接入一個電阻，實現(xiàn)死區(qū)時間的設(shè)置。若是需要獲取最大占空比調(diào)治范圍，則將該引腳和引腳5短接。(8)Soft-Start(引腳8)：用于控制軟啟動時間的引腳，外面接電容到地。(9)Compensation(引腳9)：內(nèi)部誤差放大器的輸出端，同時也是PWM比較器的6石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計一個輸入端。該引腳能夠和引腳1、引腳2組成不同樣的反響調(diào)治器。(10)Shutdown(引腳10)：芯片關(guān)斷控制端，高電平有效。能夠在與外面的保護電路輸出也許控制器的控制信號相連，當輸入高電平時，芯片的PWM比較器將被鎖定輸出，保護功率器件。(11)OutputA(引腳11)：PWM信號輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補輸出端。(12)Ground(引腳12)：信號地。(13)Vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。(14)OutputB(引腳14)：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補輸出端。(15)Vcc(引腳15)：工作電壓輸入端。(16)Vref(引腳16)：基準電源輸出端。該端可輸出一溫度牢固性極好的基準電壓。3.1.2SG3525的工作原理SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示。圖3-2SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖直流電源Vs經(jīng)過工作電壓輸入端(引腳15)接入，一方面經(jīng)過基準電壓的穩(wěn)壓電7石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計路獲取牢固的基準電壓源；另一方面需要供給給整個芯片的工作電源。芯片工作頻率跟外面接入的準時電阻、準時電容和放電電阻相關(guān)，頻率的計算公式以下式(3-1)所示。1(3-1)fCt(0.7Rt3Rd)振蕩器電路在CT上會產(chǎn)生鋸齒波形，這個鋸齒波形被送到PWM比較器的一個正向輸入端，用于跟電壓控制信號對照較，從而產(chǎn)生不同樣占空比的PWM信號。另一方面，這個鋸齒波被送入時鐘發(fā)生電路，產(chǎn)生跟鋸齒波形同頻率同相位的時鐘波形。這個時鐘信號用于觸發(fā)器的時鐘信號，以及鎖存器的時鐘信號，同時還作為PWM信號邏輯輸出或非門的使能信號。觸發(fā)器的兩路輸出信號是反相的，和鎖存器信號、時鐘信號共同作用于或非門，或非門的一正一反兩路輸出信號分別驅(qū)動推挽輸出的上下管，就可以使AB兩路PWM輸出相位相差180度[10]。SG3525內(nèi)部的精美基準源是從輸入工作電壓經(jīng)過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓獲取，經(jīng)過更正處理獲取精度可達1.0%。平時情況都是用于作為誤差放大器正向輸入端的參照信號，一般會用兩個精美電阻進行分壓，也能夠直接將基準電壓引腳和誤差放大器正向輸入端相連，直接供給參照。SG3525同步功能，在多機聯(lián)機工作也許需要頻率相位同步的情況下使用，能夠?qū)⒅鳈C的頻率信號送入從機的同步引腳，實現(xiàn)和外面主機的信號同步。CT引腳和Discharge引腳之間的電阻能夠控擬定時電容上的放電斜率，放電斜率能夠控制PWM信號的死區(qū)時間，因此能夠經(jīng)過計算，合理地接入一個電阻，實現(xiàn)死區(qū)時間的設(shè)置。若是需要獲取最大占空比調(diào)治范圍，則將該引腳和引腳5短接[11]。SG3525的軟啟動功能利用的是恒流源對電容的充電，會使得電壓線性增加，因此在軟啟動引腳(引腳8)上平時接一個若干μf的軟啟動電容。那么在芯片方才通電時，電容上的電壓為0，SG3525內(nèi)部的50uA恒流源會經(jīng)過引腳向外面連接的電容充電，電容上的電壓會線性增加到Vref。這個電壓信號送入PWM比較器的另一個反向輸出端，能夠使PWM信號從0逐漸增大，直到增加到最高占空比[12]。誤差放大器在正常使用中，平時正向輸入端接參照電壓，反向輸入端接反響的電壓信號，那么當輸出電壓增大，反響電壓信號也會增大，誤差放大器的輸出減小，那么和鋸齒波比較后產(chǎn)生的PWM信號占空比有所下降，這樣最后經(jīng)過功率管的輸出后，輸出電壓有所下降，能夠保持輸出電壓的動向平衡，起到穩(wěn)壓輸出的目的[13]。Shutdown(引腳10)是外面控制芯片工作狀態(tài)的引腳，內(nèi)部是一個NPN晶體管控制PWM比較器的反向輸出端口。當Shutdown引腳輸入高電平時，內(nèi)部晶體管就會導(dǎo)通，PWM比較器連接軟啟動電容的反向輸入口上的電壓就會被拉低，使得PWM輸出信號關(guān)閉，軟啟動電容也被放電至0，等待下一次的重啟軟啟動。由于內(nèi)部使用的是晶體管，為了防范SG3525誤關(guān)閉，Shutdown引腳不能夠懸空，必定要有可靠的高8石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計低電平輸入，因此在不需要控制SG3525的啟動和停止時，應(yīng)該將該引腳用電阻可靠接地[14]。欠壓鎖定電路的輸出控制了或非門的輸出、鎖存器的輸出，以及軟啟動和關(guān)斷引腳的輸入，將幾乎所有的內(nèi)部模塊都關(guān)閉，因此在欠壓鎖定狀態(tài)下，芯片的工作電流很低[15]。3.2TL431工作原理介紹TL431是一種應(yīng)用十分寬泛，應(yīng)用電路成熟的三端穩(wěn)壓基準源基準電壓能夠任意設(shè)置，設(shè)置范圍能夠從2.5V~36V。能夠用于小功率穩(wěn)壓電源，也能夠經(jīng)過擴流后設(shè)計成較大功率的恒壓、恒流電源。某些時候還可以夠作為齊納二極管使用。內(nèi)部可等效為一個運算放大器，能夠在外面配置電阻電容，形成帶有反響補償?shù)拈]環(huán)反響電路。特色：(1)電壓參照誤差：±％，典型值@25℃（TL431B）。(2)低動向輸出阻抗，典型。(3)負載電流能力1.0mAto100mA。(4)等效全范圍溫度系數(shù)50ppm/℃典型。(5)溫度補償操作全額定工作溫度范圍。(6)低輸出噪聲電壓。TO-92(TO-226)LPSUFFIXCASE29圖3-2TL431封裝引腳圖9石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計PDIP-8PSUFFIXCASE626Micro8DMSUFFIXCASE846A圖3-3TL431的8腳封裝依照TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑵涞刃槿鐖D3-4所示的電路。圖3-4TL431等效原理圖等效原理圖中，TL431被等效成一個運算放大器和一個NPN型晶體管，反并聯(lián)一個二極管。Vref引腳引入的電壓信號和內(nèi)部基準電壓2.5V進行比較，當引入電壓高于基準電壓，輸出為正，晶體管會被驅(qū)動，此時若是晶體管存在偏置電壓，那么晶體管中的電流會增大；反之，當引入電壓低于基準電壓，輸出為負，晶體管導(dǎo)通程度下降，晶體管中的電流下降。若是將TL431組成反響調(diào)治器后，那么引腳Vref引入10石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計的電壓信號會動向等于基準電壓，這樣就能使得輸出電壓等于我們希望達到的電壓值。PC817性能介紹PC817光電耦合器寬泛用在電腦終端機，可控硅系統(tǒng)設(shè)備，測量儀器，影印機，自動售票，家用電器，如風扇，加熱器等電路之間的信號傳輸，使以前端與負載完好隔斷，目的在于增加安全性，減小電路攪亂，簡化電路設(shè)計。PC817的電氣參數(shù)如表3-1所示。表3-1PC817電氣特色表Parameter參數(shù)Symbol符號Rating數(shù)值Unit單位Forwardcurrent正向電流IF50mA輸Peakforwardcurrent峰值正向電流IFM1A入Reversevoltage反向電壓VR6V側(cè)Powerdissipation功耗P70mWCollector-emittervoltage集電極發(fā)VCEO35V射極電壓輸Emitter-collectorvoltage發(fā)射極集VECO6V電極電壓出側(cè)Collectorcurrent集電極電流IC50mACollectorpowerdissipation集電極PC150mW功耗Totalpowerdissipation總功耗Ptot200mWIsolationvoltage隔斷電壓Viso5000VrmsOperatingtemperature操作溫度Topr-30to+100℃Storagetemperature儲藏溫度Tstg-55to+125℃Solderingtemperature焊接溫度Tsol260℃11石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計高頻變壓器變壓器是一種經(jīng)過磁耦合而傳達能量的器件，平時包括磁芯和繞組兩部分。常有的變壓器是由多個繞組組成，能量輸入端相連的繞組稱為原邊繞組，與負載相連的繞組稱為副邊繞組。變壓器平時用于交流電的變壓、變流、變阻抗。簡單的變壓器結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。ΦU1N1N2U2圖3-5變壓器結(jié)構(gòu)其實兩個相互湊近的螺旋線圈也可稱為是變壓器，但是由于空氣的到此率太低，磁場的相互耦合很弱，幾乎不能夠用于傳達能量。而各種資料的磁芯的作用就是為了加強繞組之間的磁耦合，使得能量能夠有效傳達。變壓器的工作機理其實很復(fù)雜，線圈之間的耦合存在自偶、互偶，線圈存在銅損，磁芯存在磁損，而且在磁場能量傳達過程中還存在磁場泄漏，也就是漏磁現(xiàn)象，因此若是認真談?wù)摚儔浩鞯脑O(shè)計過程將特別復(fù)雜。因此有時會簡化變壓器的參數(shù)，將一些不是特別重要的參數(shù)先略去，有時甚至要用理想變壓器去取代。這里我們就用理想變壓器闡述變壓器原理，因此這里略去漏磁通，原、副線圈的電阻，磁芯的耗費，空載電流等。變壓器是利用電磁感覺原理制成的靜止用電器。當變壓器的原邊有交變的電流時，會在磁芯中感覺出交變的電磁場，這時磁芯中的磁通為φ，φ=φmsinωt。電磁場經(jīng)過整個磁芯，因此會穿過副邊繞組，因此原副邊中的磁通是同樣的。交變的磁場會感覺出交變的電流，產(chǎn)生感覺電動勢。原副邊中的感覺電動勢為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原副邊的匝數(shù)。由圖可知U1=-e1，U2=e2，其復(fù)有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，稱變壓器的變比。由上式可得U1/U2=-N1/N2=-k，即變壓器原副邊電壓有效值之比，等于其匝數(shù)比而且原、副線圈電壓的位相差為π。由此能夠獲?。篣1/U2=N1/N2在空載電流能夠忽略的情況下，有I1/I2=-N2/N1，即原副邊電流有效值大小與其12石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計匝數(shù)成反比，且相位差。因此：I1/I2=N2/N1理想變壓器原、副線圈的功率相等P1=P2。說明理想變壓器自己無功率耗費。實際變壓器總存在耗費，其效率為η=P2/P1。電力變壓器的效率很高，可達90%以上。13石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第4章硬件電路設(shè)計推挽電路原理及設(shè)計圖4-1是橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源工作原理圖。橋式整流電路由D1、D2、D3、D4組成，C為儲能濾波電容，R為負載電阻，Uo為直流輸出電壓，Io為流過負載電阻的電流。K1i1Uie1

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N2D3D4圖4-1橋式整流推挽拓撲結(jié)構(gòu)推挽電路的變壓器原邊是由兩個低邊驅(qū)動的開關(guān)管對電壓器原邊進行驅(qū)動，兩個開關(guān)波形相差180度，占空比同樣。K1導(dǎo)通時，繞組N1的同名端被施加電壓，電壓值等于輸入電壓Ui，此時由于電磁感覺的原理，在繞組N2和N3上都會感覺出電動勢。繞組N2上由于K2關(guān)閉，不能夠形成回路，因此繞組N2能夠產(chǎn)生感覺電壓，但是不會輸出電流。而副邊繞組N3上同名端也感覺出電動勢e3，經(jīng)過D2和D4給電容C和負載R供電，因此產(chǎn)生了能量的輸出，能量從原邊輸入電壓傳達到了副邊負載輸出。同理，當K2導(dǎo)通時，繞組N2的異名端被施加電壓，電壓值等于輸入電壓Ui，此時在繞組N1和N3上都會感覺出電動勢。繞組N1上由于K1關(guān)閉，不能夠形成回路，因此繞組N1能夠產(chǎn)生感覺電壓，但是不會輸出電流。而副邊繞組N3上異名端也感覺出電動勢e3，經(jīng)過D1和D3給電容C和負載R供電，因此產(chǎn)生了能量的輸出，能量從原邊輸入電壓傳達到了副邊負載輸出。由于輸出存在大電容，因此輸出電壓基本牢固，因此在變壓器副邊電壓被鉗位在某一電壓，原邊繞組和副邊繞組的電壓之比等于繞組匝數(shù)之比。14石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計圖4-2各主要工作點電壓、電流波形如圖4-2是橋式整流輸出或全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源，在兩個控制開關(guān)K1和K2交替接通和斷開，且占空比D均等于0.5時，各主要工作點的電壓、電流波形。圖a和圖b分別表示開關(guān)管K1導(dǎo)通時，變壓器原邊繞組N1兩端的電壓u1和流過變壓器原邊繞組N1兩端的電流I1；圖c和圖d分別表示開關(guān)管K2導(dǎo)通時，變壓器原邊繞組N2兩端的電壓u2和流過變壓器原邊繞組N2兩端的電流I2；圖e和圖f分別表示開關(guān)管K1和K2交替導(dǎo)通時，變壓器副邊繞組N3兩端的輸出電壓uo和流過變壓器副邊繞組N3兩端的電流。圖f中，虛線箭頭表示反激式輸出電流是由最大值開始，爾后逐漸減小到最小值；15石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計而實線箭頭表示正激式輸出電流則是由最小值開始，爾后逐漸增加到最大值；因此，兩者同時作用的結(jié)果，正好輸出一個矩形波。圖4-3帶LC濾波器推挽電路圖4-3是本設(shè)計使用的帶LC濾波器的推挽式變壓器開關(guān)電源電路。在原有的推挽式變壓器開關(guān)電源電路的基礎(chǔ)上，在整流輸出電路后邊加接了一個LC儲能濾波電路。LC儲能濾波電路能夠使得推挽電路的輸出電壓可調(diào)整，輸出電壓紋波和電流紋波更小。LC濾波器實際上是一個低通濾波器，其參數(shù)的設(shè)計應(yīng)該考慮到LC濾波器的截止頻率。平時應(yīng)入選擇LC濾波器的截止頻率最少要小于開關(guān)頻率的1/10，這樣濾波收效較好。本設(shè)計為了輸出牢固的直流電壓，將截止頻率設(shè)置為1KHz，因此f1(4-1)1KHz2LC122LC1(4-2)2f2*1000在電容標稱值中選擇容量為470uF的電解電容，代入上式可計算得電感大小12L/470uF54uH(4-3)*10002因此電感量最少要大于54uH。C2、R4和C3、R5組成開關(guān)管Q1和Q2的RC吸取電路。RC吸取電路能夠吸取開關(guān)管關(guān)斷是產(chǎn)生的高頻尖峰。RC參數(shù)的確定平時是保證RC共振頻率處于開關(guān)頻率的3~4倍比較合適。也就是需要RC時間常數(shù)在1/3~1/4的開關(guān)周期。本設(shè)計中的開關(guān)頻率為69KHz，周期為。選擇RC時間常數(shù)為1/4開關(guān)周期，即為。選定電容為標稱值為10nF的瓷片電容，那么此時計算可得電阻R=362歐。16石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計4.2SG3525控制電路設(shè)計圖4-4SG3525控制電路如圖4-4所示的SG3525控制電路，Ct設(shè)計為，Rt設(shè)計為2K，Rd設(shè)計為47歐，能夠由式(3-1)獲取1=1=138kHz(4-4)fCt(0.7Rt3Rd)4.7*109*0.7*2*1033*47因此兩個PWM信號的頻率為69kHz。死區(qū)時間為：td1.3Rd*Ct1.3*47*4.7*109287ns(4-5)軟啟動電容采用1uF，反響網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過CMP引腳直接反響，補償網(wǎng)絡(luò)在前級TL431和PC817組成的反響電路中。7引腳為芯片內(nèi)部振蕩器放電端，該引腳與5引腳間連接一個電阻，這樣就可以控制丁是電容上的放電斜率，放電斜率能夠用來控制PWM信號的死區(qū)時間，因此經(jīng)過計算，合理地在5引腳和7引腳之間接入一個阻值合適的電阻，能夠最后實現(xiàn)對死區(qū)時間的設(shè)置，若是要求獲取最大占空比調(diào)治范圍，則應(yīng)該將5引腳和7引腳短接，此次設(shè)計中經(jīng)過計算Rd的值為47歐。引腳為芯片關(guān)斷控制端，高電平有效。能夠在與外面的保護電路輸出也許控制器的控制信號相連，當輸入高電平時，芯片的PWM比較器將被鎖定輸出，保護功率器件。17石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計4.3TL431和PC817反響電路設(shè)計圖4-5TL431和PC817反響電路如圖4-5為TL431和PC817反響電路。從TL431的技術(shù)參數(shù)知，Vka在2.5V~37V變化時，Ika能夠在從1mA到100mA以內(nèi)很大范圍里變化，一般選20mA即可，能夠牢固工作。確定了上面幾個關(guān)系后，那幾個電阻的值就好確定了。依照TL431的性能，R13、R15、VOUT、Vref有固定的關(guān)系：VOUT1R13/R15Vref(4-6)式中，VOUT為輸出電壓360V，Vref為參照電壓，Vref＝。R15的取值不是任意取的，要考慮兩個因素：(1)431參照輸入端的電流，一般此電流為2uA左右，為了防范此端電流影響分壓比和防范噪音的影響，一般取流過電阻R15的電流為參照段電流的100倍以上，因此此電阻要小于。(2)待機功耗的要求，如有此要求，在滿足12.5K的情況下盡量取大值。本設(shè)計中R15＝，因此。再來確定R11和R12。PC817的If取20mA，則R11的值約為18K，TL431要求最少有1mA的工作電流，也就是R11的電流湊近于零時，也要保證TL431有1mA，因此R12<=360V/1mA=360K即可，這里取值300K。18石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計高頻變壓器設(shè)計本設(shè)計中的高頻變壓器預(yù)設(shè)變壓器效率η，開關(guān)頻率fs=69kHz，最大占空比，輸入電壓10~35V，輸出電壓360V，額定功率500W。采用面積乘積AP法來設(shè)計變壓器，采用以下步驟進行設(shè)計：(1)計算變壓器的視在功率PT在電工技術(shù)中，將單口網(wǎng)絡(luò)端鈕電壓和電流有效值的乘積，稱為視在功率apparentpower），記為S=UI。由于網(wǎng)絡(luò)中既存在電阻這樣的耗能元件，又存在電感、電容這樣的儲能元件，因此，外電路必定供給其正常工作所需的功率，即平均功率或有功功率，同時應(yīng)有一部分能量被儲藏在電感、電容等元件中。這就是視在功率大于平均功率的原因。只有這樣網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備才能正常工作。若按平均功率給網(wǎng)絡(luò)供給電能是不能夠保證其正常工作的。因此，在實質(zhì)中，平時是用額定電壓和額定電流來設(shè)計和使用用電設(shè)備的，用視在功率來標示它的容量。PTPINPOUTPOUTPOUT500/0.95001055W(4-7)(2)初步暫定磁心資料為MXO-2000型，其飽和磁通密度，為防范出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象而損壞功率開關(guān)管，暫取磁通密度Bw=0.3T。確定磁心截面積AP，依照AP值選擇磁心尺寸。公式以下41PT101x(4-8)APAeAwBwK0KfKjfsPT-變壓器的視在功率Ae-磁心有效截面積Aw-磁心窗口面積Ko-磁心窗口利用系數(shù)，典型值為Kf-波形系數(shù)，方波為4，正弦波為Bw-磁心的工作磁通密度fs-開關(guān)工作頻率Kj-電流密度系數(shù)，取433A/cm2X-磁芯結(jié)構(gòu)系數(shù)將數(shù)據(jù)帶入公式得4經(jīng)過查找磁心的尺寸規(guī)格表能夠看出，EE42型磁心4大于上述計算19石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計值4，應(yīng)采用EE42型磁心。其Ae=178mm2，Wa=258mm2。(3)計算原副邊電感量及匝數(shù)①計算原邊繞組匝數(shù)的公式以下（中心抽頭至兩端）NpUI104(4-9)KffsBwAe其中UImin=10V，代入數(shù)據(jù)計算可獲取Np=1.5,取整2匝。②計算匝比nn(Dmax)UI1(4-10)1DmaxU039③計算原邊峰值電流Ip設(shè)定電路工作在連續(xù)模式，依照輸入電壓的范圍取Krp為Ip2PIN(4-11)Krp)UIDmax(2④計算原邊電感LpUIDmaxIP1IP2(1Krp)(4-12)連續(xù)模式：LP(IP2IP1)f代入數(shù)據(jù)計算可得，μH⑤計算副邊電感LsLPLS61mH(4-13)nn⑥計算副邊匝數(shù)NsNs=Np/n=78匝計算空氣隙的長度為了防范磁心飽和，需要在磁心的兩個側(cè)面各留出必然的氣隙δ。δ計算公式如下0.4NP2A108e(4-14)LP依照電流密度和原副邊有效值電流求線徑①原邊線徑原邊有效電流：IrmsIPDmaxKrp2(4-15)333.72AKrp1計算線徑電流密度J取4A/mm220石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計原邊線徑：DPIrms(4-16)Jmm為減小集膚效應(yīng)的耗費，線徑取直徑，54股繞制。②副邊線徑DSI0(4-17)J為減小集膚效應(yīng)的耗費，線徑取直徑，2股繞制。最后設(shè)計出的總電路圖見附錄B。21石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第5章saber仿真考據(jù)仿真軟件介紹Saber仿真軟件是一款混雜信號仿真軟件，是由美國Synopsys公司研發(fā)，號稱世界上最為先進的計算機仿真軟件。其富強的功能，多領(lǐng)域，多應(yīng)用平臺的仿真能力，使之獲取了各個應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計工程師的認可。寬泛應(yīng)用于電力電子、機械自動化、光電信息、自動控制等領(lǐng)域，仿真精度高，解析信息全面，是一款寥寥可數(shù)的EDA軟件。其主要應(yīng)用領(lǐng)域：(1)電源變換器設(shè)計Saber最常有于電力電子仿真設(shè)計中，能夠用于對DC/DC變換技術(shù)、DC/AC變換技術(shù)、AC/DC變換技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)仿真考據(jù)，環(huán)路牢固性設(shè)計，磁性元件仿真解析等。還可以夠從仿真結(jié)果中獲取電路各個部分的電流、電壓、功率、溫升等數(shù)據(jù)。(2)伺服系統(tǒng)設(shè)計Saber軟件中集成了多種電機模型，同時還包括一些機械連接和液壓模型等，可以方便地組成電機伺服系統(tǒng)。使用者能夠在仿真電路中設(shè)計電機驅(qū)動、調(diào)速、控制環(huán)路等，方便地解析電機驅(qū)動等功率部件的工作狀態(tài)，包括電壓、電流、發(fā)熱情況等，有效節(jié)約伺服系統(tǒng)調(diào)試成本和調(diào)試時間。(3)電路仿真和大多數(shù)EDA軟件同樣，Saber也擁有模擬電路和數(shù)字電路等電路的仿真解析。Saber所供給的器件模型涵蓋很廣，模型能夠自建和更正，方便設(shè)計者依照實質(zhì)情況對器件參數(shù)進行更正，達到更加傳神的仿真收效。每個器件的參數(shù)齊全，能夠?qū)⒛Ｐ捅M可能模擬出真實器件的工作狀態(tài)。將我們設(shè)計好的電路圖，用仿真軟件中的仿真模型取代并建立仿真原理圖。建立好仿真原理圖后，還不能夠馬上運行，必定對仿真原理圖以及仿真軟件的參數(shù)進行設(shè)置，包括仿真時間、仿真步長、仿真精度、收斂問題等進行合理設(shè)置，防范仿真過程中出現(xiàn)運算不收斂，以致仿真失敗。參數(shù)設(shè)置好后就可以運行仿真軟件，并等到計算完成，得出各個器件和網(wǎng)絡(luò)的電壓、電流等信息。采用我們需要解析的波形結(jié)果，解析電路的工作性能可否如設(shè)計的那樣。22石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計系統(tǒng)仿真電路圖圖5-1SABER仿真平臺原理圖如圖5-1所示為SABER仿真平臺下建立的原理圖，圖中為了方便仿真運行，用數(shù)控開關(guān)S1和S2取代開關(guān)管，輸入電壓用可編程的直流電源Vin，能夠設(shè)定不同樣時間段輸出不同樣電壓值，這樣能夠在一次運行中模擬輸入電壓從10V到35V變化，觀察電源的電源調(diào)整率和輸出電壓的牢固性和調(diào)治速度?？刂芐G3525輸出頻率的Rt和Ct分別為以前計算值2K、，為了獲取盡可能大的PWM占空比調(diào)治范圍，將控制死區(qū)時間的Rd取最小，即為短路狀態(tài)，這樣能夠獲取最大的真空比調(diào)治范圍。后級全橋整流所用的迅速恢復(fù)二極管為FR307，擁有1000的反向耐壓和3A的工作電流能力，足夠額定輸出500W的工作要求。LC濾波器采用的是100uH的電感和10uF的電解電容。輸出負載用電阻取代，由于要額定輸出500W，輸出電壓穩(wěn)壓360V，因此輸出負載電阻選為260歐。仿真結(jié)果設(shè)置好SABER軟件的仿真參數(shù)，仿真時長為200ms，仿真步長為1us，仿真精度，可編程直流電源在0~100ms內(nèi)輸出10V，在100~200ms內(nèi)輸出35V，電壓在100ms時突變。仿真結(jié)果以以下圖5-2、5-3、5-4、5-5所示。23石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計圖5-2為輸入電壓和輸出電壓的波形圖，能夠看出輸入電壓在100ms時，突然從10V高升到35V。輸出電壓在0~100ms階段已經(jīng)穩(wěn)壓工作在360V，在100ms時出現(xiàn)一個超調(diào)，很快又恢復(fù)到360V。調(diào)整時間約為12ms，穩(wěn)壓輸出361V，靜態(tài)誤差和調(diào)治速度都滿足要求。由于仿真狀態(tài)下使用的最極端的參數(shù)變化，因此在仿真結(jié)果中看到相對較大的電壓超調(diào)，這是由于反響網(wǎng)絡(luò)中的PI調(diào)治器和信號采樣的一些滯后環(huán)節(jié)以致系統(tǒng)的動向調(diào)整速度不能能完好及時相應(yīng)輸入電壓的變化，存在必然的調(diào)治滯后，但是在短時間內(nèi)出現(xiàn)必然超調(diào)是安全的，器件自己都有必然抗沖擊能力。后期應(yīng)該在環(huán)路設(shè)計上做必然的調(diào)整，盡可能減小過沖和調(diào)整時間。圖5-2輸入電壓和輸出電壓波形圖5-3兩路驅(qū)動波形圖5-3所示為兩路開關(guān)管的驅(qū)動信號，能夠看出此時占空比約為，兩路波形24石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計存在必然的死區(qū)時間。驅(qū)動波形的上升沿和下降沿不是陡峭的波形，一方面是驅(qū)動電路輸出電流的能力有限，驅(qū)動帶有寄生電容的開關(guān)管，會存在必然的電壓上升時間，關(guān)斷過程也會有必然的延緩。在實質(zhì)電路中調(diào)試中，若是出現(xiàn)上升沿和下降沿時間太長，能夠考慮減小驅(qū)動電阻，這樣能夠減小上升和下降時間，使驅(qū)動波形變得陡峭。別的還可以夠增加關(guān)斷加速電路等方法，也能夠獲取下降沿時間的減小。圖5-4變壓器次級波形圖5-4為變壓器次級的輸出波形，能夠看出波形的峰值電壓達到400V，經(jīng)過橋式整流后，負電壓波形翻轉(zhuǎn)，再經(jīng)過LC濾波器，將高頻信號濾除，能夠獲取直流電壓360V，即為高頻電壓信號的平均值。在兩個開關(guān)管都關(guān)斷的時間，能夠看到波形輸出為0，實質(zhì)電路調(diào)試中，可能會出現(xiàn)必然的高頻震蕩。若是震蕩較大，能夠調(diào)整電路中的RC吸取參數(shù)，減小輸出震蕩。圖5-5輸出功率波形25石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計圖5-5為輸出功率的波形，能夠看到在電壓全范圍輸入的條件下，都能實現(xiàn)額定功率500W輸出。在100ms時，電壓從10V突變到35V，由于電壓突變太大，系統(tǒng)閉環(huán)反響存在必然的滯后性，因此出現(xiàn)輸出電壓的過沖，所以致使輸出功率有一個過沖現(xiàn)象。但是，過沖幅值不大，連續(xù)時間也補償，此后系統(tǒng)反響經(jīng)過調(diào)治，電壓恢復(fù)正常，功率輸出也恢復(fù)到額定輸出。26石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第6章結(jié)論本論文至此，已經(jīng)完成了設(shè)計之初的要求，在深入理解和解析了SG3525的控制原理，以及推挽式DC/DC變換器的原理，設(shè)計出一臺能夠輸入寬范圍低壓10~35V，輸出穩(wěn)壓360V，額定功率能達到500W的開關(guān)電源。在設(shè)計中利用了TL431和PC817設(shè)計反響和補償網(wǎng)絡(luò)，使得系統(tǒng)的動向性能和穩(wěn)態(tài)特色都滿足要求。在此過程中，電路設(shè)計的能力以及對SABER仿真軟件的應(yīng)用能力獲取很大提升。自然，由于個人能力畢竟有限，不能夠從更深層次去商議電路和控制的深層工作機理，因此設(shè)計中也存在一些瑕疵。比方輸入電壓從10V突變到35V時，電壓過沖較大，誠然時間很短，不至于損壞器件，但是還是存在調(diào)解上的問題，這是對電源環(huán)路設(shè)計經(jīng)驗不足以致的，有待更深層次的研究和學(xué)習。別的這個開關(guān)電源由于碰到SG3525自己占空比變化范圍的限制，因此調(diào)治范圍不大，在10~35V寬范圍的變化中，占空比變化湊近極限，會以致在低壓輸入時，輸出電壓略低于設(shè)計電壓360V，高壓輸入時，輸出電壓略高于360V，造成輸出電壓穩(wěn)態(tài)誤差偏大，這個有待此后對SG3525電路設(shè)計的優(yōu)化，盡可能減小死區(qū)，擴大占空比的調(diào)治范圍?？偟膩碚f，鑒于SG3525的推挽式DC/DC開關(guān)電源的設(shè)計是成功的，仿真收效是滿足要求的。27石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計參照文件沙占友.開關(guān)電源設(shè)計入門與實例解析[M].北京:電子工業(yè)初版社，劉成功.現(xiàn)代高頻開關(guān)電源合用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)初版社，陸治國.合用電源技術(shù)手冊.開關(guān)電源分冊[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)初版社，王志強.開關(guān)電源設(shè)計（第三版）[M].北京:電子工業(yè)初版社，張占松,蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)初版社，姚志松,姚磊.中小型變壓器合用全書[M].北京:機械工業(yè)初版社，2003沙占友.DC/DC電源變換器的拓撲結(jié)構(gòu)[M].電源技術(shù)應(yīng)用，2006（6）童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].高等教育初版社，MartyBrown.PowerSupplyCookbook.EDNSeries,2001[11]戴佳,戴衛(wèi)恒.51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計實例精講[M].北京:電子工業(yè)初版,2006.吳曉峰.射頻鑒別技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)初版社,2006.夏繼強.單片機實驗與實踐教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)初版社,2001.StephanZwahlen.ConstantinnovationsdemandedbyPCBtools:IndustialDiamondReview[J],2004(16):34~35.蔣鴻雁.微波與射頻技術(shù)試驗教程[M].廣州:中山大學(xué)初版社,2008.周明德.微機原理與接口技術(shù)[M].人民郵電初版社,2006.28石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計道謝本畢業(yè)設(shè)計論文是在我的指導(dǎo)老師李立平老師悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴肅的科學(xué)態(tài)度，慎重的治學(xué)精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，老師除了給我供給相關(guān)的參照資料以外，在理論研究和方案設(shè)計時供給了好多指導(dǎo)建講和經(jīng)驗分享，讓我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計同時，將所學(xué)理論用于實踐，而且擴大了好多課本上不能夠?qū)W到的知識。除此以外，李立平老師還在我的論文撰寫時認真地為我檢查論文的格式和內(nèi)容。為我指出了好多錯誤。在此，謹向李立平老師致以誠摯的謝意。除了我的指導(dǎo)老師以外，我還要感謝我的家人，是他們?yōu)槲覄?chuàng)立這么好的學(xué)習機遇，讓我能在大學(xué)有所得，成為一個適用的人。感謝他們?yōu)槲业臒o私付出和對我的支持、關(guān)心。同時，也要對那些幫助我的同學(xué)、朋友表示感謝，沒有他們這段時間的幫忙，我也不能夠順利完成我的畢業(yè)設(shè)計，不能以為我的本科生涯畫上圓滿的句號。歲月趕忙，再美好的相聚也終有離其余時候，永遠不會忘記本科四年里我所學(xué)到的做人做事的道理，和將來賴以生計的知識。最后，我再一次向那些在畢業(yè)設(shè)計階段和我的整個本科生涯中給我供給過幫助和支持的老師、學(xué)長、同學(xué)，還有我的母校致以最誠摯的謝意。29石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計附錄附錄A外文資料ThedesignBasedonSingleChipSwitchingPowerSupply1.usesTheswitchingpowersupplyproductsarewidelyusedinindustrialautomationandcontrol,militaryequipment,scientificequipment,LEDlighting,industrialequipment,communicationsequipment,electricalequipment,instrumentation,medicalequipment,semiconductorcoolingandheating,airpurifiers,electronicrefrigerator,LCDmonitor,LEDlighting,communicationsequipment,audio-visualproducts,security,computerchassis,digitalproductsandequipmentandotherfields.2.IntroductionWiththerapiddevelopmentofpowerelectronicstechnology,powerelectronicsequipmentandpeople'swork,therelationshipoflifebecomeincreasinglyclose,andelectronicequipmentwithoutreliablepower,intothe1980s,computerpowerandthefullrealizationoftheswitchingpowersupply,thefirsttocompletethecomputerPowernewgenerationtoentertheswitchingpowersupplyinthe1990shaveenteredintoavarietyofelectronic,electricaldevices,program-controlledswitchboards,communications,electronictestingequipmentpowercontrolequipment,powersupply,etc.havebeenwidelyusedinswitchingpowersupply,butalsotopromotetherapiddevelopmentoftheswitchingpowersupplytechnology.Switchingpowersupplyistheuseofmodernpowerelectronicstechnologytocontroltheratiooftheswitchingtransistortoturnonandofftomaintainastableoutputvoltagepowersupply,switchingpowersupplyisgenerallycontrolledbypulsewidthmodulation(PWM)ICsandswitchingdevices(MOSFET,BJT)composition.Switchingpowersupplyandlinearpowercomparedtoboththecostandgrowthwiththeincreaseofoutputpower,butthetwodifferentgrowthrates.Apowerpoint,linearpowersupplycosts,buthigherthantheswitchingpowersupply.Withthedevelopmentofpowerelectronicstechnologyandinnovation,makingtheswitchingpowersupplytechnologytocontinuetoinnovate,the30石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計turningpointsofthiscostisincreasinglymovetothelowoutputpowerside,theswitchingpowersupplyprovidesabroadspacefordevelopment.Thedirectionofitsdevelopmentisthehigh-frequencyswitchingpowersupply,highfrequencyswitchingpowersupplyminiaturization,andswitchingpowersupplyintoawiderrangeofapplicationareas,especiallyinhigh-techfields,andpromotetheminiaturizationofhigh-techproducts,lightof.Inaddition,thedevelopmentandapplicationoftheswitchingpowersupplyintermsofenergyconservation,resourceconservationandenvironmentalprotectionareofgreatsignificance.3.classificationModernswitchingpowersupply,therearetwo:oneistheDCswitchingpowersupply;theotheristheACswitchingpowersupply.IntroducesonlyDCswitchingpowersupplyanditsfunctionispoorpowerqualityoftheoriginaleco-power(coarse)-suchasmainspowerorbatterypower,convertedtomeettheequipmentrequirementsofhigh-qualityDCvoltage(Varitronix).ThecoreoftheDCswitchingpowersupplyDC/DCconverter.DCswitchingpowersupplyclassificationisdependentontheclassificationofDC/DCconverter.Inotherwords,theclassificationoftheclassificationoftheDCswitchingpowersupplyandDC/DCconverteristheclassificationofessentiallythesame,theDC/DCconverterisbasicallyaclassificationoftheDCswitchingpowersupply.DC/DCconverterbetweentheinputandoutputelectricalisolationcanbedividedintotwocategories:oneisisolatedcalledisolatedDC/DCconverter;theotherisnotisolatedasnon-isolatedDC/DCconverter.IsolatedDC/DCconvertercanalsobeclassifiedbythenumberofactivepowerdevices.ThesingletubeofDC/DCconverterForward(Forward),Feedback(Feedback)two.Thedouble-barreleddouble-barreledDC/DCconverterForward(DoubleTransistorForwardConverter),twin-tubefeedback(DoubleTransistorFeedbackConverter),Push-Pull(PushthePullConverter)andhalf-bridge(Half-BridgeConverter)four.FourDC/DCconverteristhefull-bridgeDC/DCconverter(Full-BridgeConverter).Non-isolatedDC/DCconverter,accordingtothenumberofactivepowerdevicescanbedividedintosingle-tube,doublepipe,andfourthreecategories.SingletubetoatotalofsixoftheDC/DCconverter,step-down(Buck)DC/DCconverter,step-up(Boost)DC/DCconverters,DC/DCconverter,boostbuck(BuckBoost)deviceofCuktheDC/DCconverter,theZetaDC/DCconverterandSEPIC,theDC/DCconverter.DC/DCconverters,theBuckandBoosttypeDC/DCconverteristhebasicbuck-boostofCuk,31石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計Zeta,SEPIC,typeDC/DCconverterisderivedfromasingletubeinthissix.Thetwin-tubecascadeddouble-barreledboost(buck-boost)DC/DCconverterDC/DCconverter.FourDC/DCconverterisused,thefull-bridgeDC/DCconverter(Full-BridgeConverter).IsolatedDC/DCconverterinputandoutputelectricalisolationisusuallytransformertoachievethefunctionofthetransformerhasatransformer,soconducivetotheexpansionoftheconverteroutputrangeofapplications,butalsoeasytoachievedifferentvoltageoutput,oravarietyofthesamevoltageoutput.Powerswitchvoltageandcurrentrating,theconverter'soutputpowerisusuallyproportionaltothenumberofswitch.Themorethenumberofswitch,thegreatertheoutputpoweroftheDC/DCconverter,fourtypethanthetwooutputpoweristwiceaslarge,single-tubeoutputpowerofonlyfour1/4.Acombinationofnon-isolatedconvertersandisolatedconverterscanbeasingleconverterdoesnothavetheirowncharacteristics.Energytransmissionpoints,one-waytransmissionandtwo-waytransmissionoftwoDC/DCconverter.DC/DCconverterwithbi-directional