隔离型DCDC电源变换器设计任务书.docx
- 文档编号:30561919
- 上传时间:2023-08-16
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:179.22KB
隔离型DCDC电源变换器设计任务书.docx
《隔离型DCDC电源变换器设计任务书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《隔离型DCDC电源变换器设计任务书.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
隔离型DCDC电源变换器设计任务书
课程设计报
学院:
专业名称:
学生姓名:
班级:
指导教师:
时间:
课程设计任务书
题目:
隔离式DC-DC变换器设计(基于SG3525的双管电压模式正激开关变换器)
一、设计内容
1.了解saber仿真软件,并能利用saber仿真软件进行简单的设电路计
2.学习双管电压模式正激开关变换器的组成、功能及其设计方法
3.运用以SG3525为核心的电路结构产生PWM波,并使其控制主电路
4.设计反馈环,开关管的驱动电路等电路,
二、进度要求
第1—3天
第4—6天
第7—9天;
第10天;
第11—12天整理材料,撰写课程设计报告。
三、设计要求
输入规范:
电压:
150Vdc,戈v
转化效率:
0.85
开关频率:
200KHZ
输出规范:
电压:
15Vdc,±5%
电流:
50mA-2A,纹波100mA
输出功率:
30Watts
学生邓飞指导教师李兵强
正文
、课设预备知识
1、双管电压模式正激开关变换器
正激式变压器开关电源,是指当变压器的初级线圈正在被直流脉冲电压激励时,变
压器的次级线圈正好有功率输出。
图1
由于正激变换器的输出功率不像反激变换器那样受变压器储能的限制,因此输出功
率较反激变换器大,但是正激变换器的开关电压应力高,为两倍输入电压,有时甚至超
过两倍输入电压,过高的开关电压应力成为限制正激变换器容量继续增加的一个关键因素。
为了降低开关的电压应力,可以采用双管正激变换器,如图所示,同单管正激变换
器相比,双管正激变换器在变换器的原边增加了一个开关管,并增加了两个二极管,这
两个二极管一方面起着箝位的作用,将开关电压箝位在输入电压,另一方面为变压器去
磁提供通路。
图2为双管正激变换器主电路,其变压器二次侧电路和单管正激变换器一样,但一次绕组与S1、S2(两个开关晶体管)串联,S1、S2在PWM脉冲作用下同时导通或关断,在每个晶体开关管和一次绕组之间,各并联一个续流二极管VD1、VD2,使
得S1、S2关断时,变压器储能有一个释放通路,经过VD1、VD2回馈到直流输入电
源。
因此双管正激变换器无需另加磁复位措施。
VD1、VD2还起钳位作用,将S1、
S2承受的电压钳位于输入电压V。
2、SG3525
SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片,它简
单可靠及使用方便灵活,输出驱动为推拉输出形式,增加了驱动能力;内部含有欠压锁定
电路、软启动控制电路、PWM锁存器,有过流保护功能,频率可调,同时能限制最大占空比。
其性能特点如下:
1)工作电压范围宽:
8〜35V。
2)内置5.1V±1.0%的基准电压源。
3)芯片内振荡器工作频率宽100Hz〜400kHz。
4)具有振荡器外部同步功能。
5)死区时间可调。
为了适应驱动快速场效应管的需要,末级采用推拉式工作电路,
使开关速度更陕,末级输出或吸入电流最大值可达400mA。
6)内设欠压锁定电路。
当输入电压小于8V时芯片内部锁定,停止工作(基准源及必
要电路除外),使消耗电流降至小于2mA。
7)有软启动电路。
比较器的反相输入端即软启动控制端芯片的引脚8,可外接软启动
电容。
该电容器内部的基准电压Uref由恒流源供电,达到2.5V的时间为t=(2.5V
/50卩A)C,占空比由小到大(50%)变化。
]
8)内置PWM(脉宽调制)。
锁存器将比较器送来的所有的跳动和振荡信号消除。
只有在下一个时钟周期才能重新置位,系统的可靠性高。
SG3525结构框图及内部结构如下:
反相愉入同相输A
[—
匚
1
2
16
15
二3J二1X
同步瑞
3
14
二]B管E
掘營器输出
4
13
*舲e
CT
=
5
12
二地
放电瑞
6
7
11
10
—iAn=E—1闭倾控制
软后动端
3
2
r•补建
图3
SG3525引脚功能说明
直流电源Vs从脚15接入后分两路,一路加到或非门;另一路送到基准电压稳压器的输入端,产生稳定的元器件作为电源。
振荡器脚5须外接电容CT,脚6须外接电阻RT。
八!
“
振荡器频率厂由外接电阻RT和电容CT决定,鬲祥鬲『振荡器的输出分
为两路,一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门;另一路以锯齿波形式送至
比较器的同相输入端,比较器的反向输入端接误差放大器的输出,误差放大器的输出与锯
齿波电压在比较器中进行比较,输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲,再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。
或非门的另两个输入端分别为双稳态触发
器和振荡器锯齿波。
双稳态触发器的两个输出互补,交替输出高低电平,将PwM脉冲送
至三极管VT1及VT2的基极,锯齿波的作用是加入死区时间,保证VT1及VT2不同时
导通。
最后,VTl及VT2分别输出相位相差为180。
的PWM波。
二、电路设计
1、功率电路参数设计|
1.1确定占空比和变压器匝比:
正激变换器的基本关系式:
Vout〜(Vin)(1/n)(D)
式中Vout为直流输出电压,n为变压器匝比且等于np/ns,D为占空比。
根据Vout=15V和Vin=150V.正激变换器的占空比D必须小于0.5,其取值范围在0〜0.5之间。
本例中,取D=0.3,所以
15«150x
11x03
6丿
解上述方程得到d=3
1.2计算最大、最小和额定占空比
占空比可用下式求得
式中是輸出整流二极管压释『令Vd=0R5V.
(1)最丈占空比Dg定文为
D二S曲t1
式中ViaflEUlj=150^144VIii=35feu^l5\:
Vd=0-85
听以0^=03302
正激变换器凸最大占空比为0.3302是可接受的,因为它小于
05B
C2)最小占空比。
湎定义为
式中陷(T二1恣=代入相应的参数得到占
0^=0.3048
W额定占空比0池定文为
式中代入相应的参数得到:
该Dn皿值大亍先前所选的D03L因为考老了輪虫二扱管压降.人设计输由潼波器
下枣所示为連过濾波器电感第电说浚形*
1/
11
\
f
\/\
_\_/\lo-2A(max)
y
\
\/\
jr.卢
■/
AJr\
4
1
Iripplc
图5
电感中最大的峰一峰电渍由最小的负载电流(Imin=fl”05A)决定*如果负载电流小于0.05A,苗分电感电流這为D便功率变换蛊进入不连续工作模式.
(1)设计电感
惶走下列方裡计算电感值
J/-Z„x—L尸dt
式中VL=15Vdi=C.lA?
dt=C1-Dtnm:
'总yv=(1-I丄3U4S]2UUkHz=r.?
lls
所以
£“界竺隠0.5如耳»0.1
(2)设计电容
输出电容纹波Vt闇连同通过电感的电流纹波I嗣目一起决定了输出电容的大小「
下式用于计算电容匱
式中Irippl&=O4Atf=200kHz.Vripp]e=0.025V
计算电容的等效ESR
=AK0.025^0.1二0.25Q
由二输出濾波电容中'曳容值2ESR值暹一个常数,该常数尊
于65x10-*,所以
Ctr=65x10"e/Resf=65>c10_
2、控制电路设计
图7
SG3525各引脚的接线情况如下:
1)1脚与9脚通过电阻和电容连接起来,构成PI调节。
16脚为5.1V基准电压。
2)2脚输入为通过电位器对5.1V基准电压分压作为参考电压Vref,通过调节电位器即可调节输出地PWM波占空比。
3)3、4脚可以不接。
4)5脚和7脚短接作为放电回路,5脚输出为三角波,5脚接地电容和6脚的接地电阻确定PW波的频率,其中5脚所接电容CT大小为10nF,6
脚所接电阻RT大小为714欧,根据:
"可得f=200KHz。
5)8脚通过一电容接地。
在芯片正常工作(有PWM波输出)时为低电平,接地即可,当输入为高电平时,禁止PWM波输出,可用此管脚设计过压保护电路。
6)11和14脚每一路最大可输出占空比为50%的PWM波且二者为“非”的关系,选用11脚输出的PWM波作为中电路中开关管的驱动信号
7)13和15脚接+15V直流电源。
所得控制电路如下图
图8
3、PI调节电路
为了使电路具有较好的动态和稳态性能,通过在SG3525的1、2、9管脚加入相应的PI调节环节,以使输出电压保持恒定值,原理图如下所示:
R2
C1
选取系统的PID调节参数如控制电路图1、2和9脚连接所示。
1脚和9脚之间接1nf电容和100K?
电位器,与后级电路反馈电阻100?
;2脚与地接1K?
电阻,与电源之间接10K?
电位器。
4、双管电压模式正激电路开关变换器电路总图
三、仿真验证
本设计中我们小组用saber软件对所设计电路进行仿真,结果如下
SG3525中的振荡器产生的锯齿波如下图所示
图11
SG3525中11管脚输出的PWM波如下
图12
1、输入电压为150V,输出的电压及电流波形如下
WM
图13
2、输入电压为最小值144V,输出的电压及电流波形如下
3、输入电压为最大值156V时,输出的电压及电流波形如下
课程设计成绩评定表
质量评价指标(在相应栏目打")
评价项目
评价质量
优秀
良好
般
及格
不及格
工作量和态度
实验、计算可靠性
文字和图表质量
总体评价
评定成绩(百分制)
评定小组成员签名
2014年月日
备注
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 隔离 DCDC 电源 变换器 设计 任务书