pwm型半橋開關電源設計畢業設計-資料下載頁

　　

【正文】 柵極驅動電壓為10到20V，邏輯電源電壓（Vdd）為5到15V，外加邏輯電源（Vss）可為0V，一般為5到+5V；輸出峰值電流不小于2A，負載為1000pF（相當于被驅動的MOSFET的輸入電容C）時，開關時間約25ns；兩路輸出匹配的導通延時為120ns，關斷延時為94ns。本設計主要介紹基于PWM技術設計的半橋式開關穩壓電源。著重說明高頻變壓器，PWM控制及驅動電路的詳細設計辦法。用該方法設計一臺PWM型半橋式開關穩壓電源。所用開關器件為功率MOSFET管，開關工作頻率50KHZ。輸入電壓180~260V，輸出+15V，功率為150W、電壓紋波50mv，電壓調整率1％。圖中開關管S1，S2選用MOSFET，因為它是電壓驅動全控型器件，具有驅動電路簡單、驅動功率小、開關速度快及安全工作區大等優點。 半橋開關主電路半橋式逆變電路的一個橋臂由開關管S１，S２組成，另一個橋臂由電容C１，C２組成。高頻變壓器初級一端接在C１，C２的中點，另一端接在S１，S２的公共連接端，C１，C２中點的電壓等于整流后直流電壓的一半，即。開關S１，S２交替導通就在變壓器的次級形成幅值的交流方波電壓。通過調節開關的占空比，就可以改變變壓器二次側整流輸出平均電壓。，R1，R2是并聯均壓電阻；C3是耦合電容其作用是防止由于兩個開關管的特性差異而造成變壓器磁芯飽和，從而提高半橋逆變電路的抗不平衡能力，C3要選擇ESR（等效串聯電阻）小的無極性電容。T101為初級電流檢測用的電流互感器，作為電流控制時的電流采樣用。 電源系統框圖及部分介紹。功率為150W，輸入交流電壓范圍為180~260V，輸出 半橋式開關電源系統框圖直流電壓為15V，電流為10A，輸出電壓調整率，輸出電壓紋波。220V交流電壓經過全橋整流濾波后，得到約300V的直流電壓，再加到半橋功率變換器上，用脈沖調制電路產生的雙列脈沖信號去驅動功率MOSFET管，通過功率變壓器的耦合和隔離作用在次級得到準方波電壓，然后經半橋全波整流和濾波輸出電壓，該電壓再經過電壓反饋電路，校正PWM占空比，即可得到穩定的直流輸出電壓。 高頻變壓器設計 用一個半導體功率器件作為開關，使帶有濾波器（L或/和C）的負載線路與直流電壓一會相接，一會斷開，則負載上也得到另一個直流電壓。這就使DCDC的基本手段。一個周期Ts內，電子開關接通時間ton所占整個周期Ts的比例，稱作接通占空比D。很明顯，接通占空比越大，負載上電壓越大；1/TS=fs稱作開關頻率，fs越高，負載上電壓也越高。這種DCDC變換器中的開關都在某一固定的頻率下工作，這種保持開關頻率恒定但改變接通時間長短（即脈沖的寬度），使負載變化時，負載上電壓變化不大的方法，稱脈寬調制法（Pulse Width Modulation）。由于電子開關按外加控制脈沖而通斷，控制本身流過的電流、兩端所加的電壓無關，因此，電子開關稱為硬開關。凡是脈寬調制方式控制電子開關的開關變換器，稱為PWM開關變換器。它是以使用硬開關為主要特征的。本次設計高頻變化器的各種參數確定方法和數值如下：1）設定開關頻率開關頻率對電源的體積、重量等影響很大。開關頻率越高，變壓器磁芯就會就會選得越小，輸出濾波電感和電容體積也會減小，但開關損耗增加，效率下降，散熱器體積增大。綜合考慮，設定其工作頻率為。2）選磁芯磁芯選用R 2KB 軟磁鐵氧材料，其飽和磁感應強度，考慮高溫時會下降，同時為防止合閘瞬間變壓器飽和，設定最大工作磁密=1500。對半橋變換器，當脈沖波形近似為方波時，可按式（21）來確定磁芯的大小。 （21）式中： 為磁芯的面積乘積，；為磁芯面積，；為磁芯的窗口面積，；為輸出功率，W；為變壓器效率，一般可取；為變換器工作頻率，Hz；為磁芯最大工作磁密，Gs；J為導線的電流密度，一般取；為磁芯的填充系數，對鐵氧體，取；為窗口的銅填充系數，一般。本設計選用EE40型鐵氧體磁芯，由手冊知其參數為：=127，則，遠大于的計算值。3）計算原邊匝數按最低輸入電壓和滿載輸出的極端情況來計算。已知最小輸入交流電壓為180V，減去20V的直流紋波電壓和整流器的壓降，最小直流電壓為。半橋式電路變壓器原邊繞組所加電壓等于輸入電壓的一半，即V。則原邊匝數 (22) 式中：為變壓器原邊電壓V。 由（22）式計算的匝，經實際經驗取值為34匝。4）核算最大輸入交流電壓時的最大磁密利用計算出來的變壓器初級匝數，核算變壓器在最大輸入交流電壓時的，看磁芯是否飽和。由于V。故半橋式電路變壓器原邊繞組所加電壓V，由（22）式變形可得 計算可知，在輸入交流電壓最大時＜，所以，原邊繞組匝數匝的是最合適的。5）計算副邊匝數副邊電路采用帶有中間抽頭的全波整流濾波電路，設輸出方波脈沖占空比=，輸出回路二極管壓降，扼流圈壓降為取V，則變壓器副邊電壓為 （V）故副邊匝數為（匝）6) 計算原邊最大工作電流在最低交流輸入電壓為180V時，變壓器原邊通過的電流一定是最大可能的工作電流，由經驗公式可得，原邊最大工作電流為（A）7）選擇導線由于變壓器的工作頻率為50KHz，在此頻率下銅導線的穿透深度Δ=，考慮到趨膚效應的影響，一般所選的導線銅芯直徑要小于2Δ。另外，考慮銅線的電流密度可取，由原、副邊最大工作電流就可以確定出各自所需導線的截面積，進而選擇合適導線。， mm的漆包線，絞結成4根并繞。 PWM控制電路 PWM控制電路采用美國硅通用電氣公司的SG3525A控制芯片。該芯片的輸入電壓工作范圍是8~35V，通常可取+15V；震蕩頻率是100~500kHz,芯片的腳5和腳7之間串聯一個電阻就可以在一個較大范圍內調節死區時間。另外，它的軟啟動電路也非常容易設計，只需在管腳8接一個軟啟動電容即可。SG3525A的震蕩頻率可表示為：（23）式中：分別是與腳腳6相連的振蕩器的電容和電阻；是與腳7相連的放電端電阻值。該芯片外圍電路簡單，11和14腳輸出采用圖騰柱，電流驅動能力強，可直接控制半橋逆變器的上下功率管S1，S2， 所示。 PWM控制電路外圍接線 隔離驅動線路 從SG3525A的11，14腳出來的PWM信號驅動PC817光耦，經光耦隔離后，送IR2110專用集成驅動電路，進而去驅動功率MOSFET管S1和S2。 驅動電路外圍接線 結論半橋式變換器電路具有開關管承受的電壓低，開關器件少（只有兩個），驅動簡單等優點，通過在變壓器原邊串入耦合電容，極大地改善了直流偏磁現象，所以可在150W至500W的中功率領域進行廣泛應用。 PWM型半橋式開關電源總體電路圖 PWM型半橋式開關電源總體電路圖 致 謝本次論文是在我的導師閆群民老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。閆群民老師不僅在學業上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過畢業論文小組的同學們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在此次設計中我不僅鞏固了以前學過的知識還從大量課外書籍中學到了許多以前不懂得知道，讓我對PWM半橋型開關有了更深刻的認識，對我以后的工作有著重要的作用。同時，在設計過程中我學會了如何自學新的知識，以后在工作中遇到困難我也將有能力處理。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!最后，在此次設計過程中，對指導老師給予的關心與指導，以及細致耐心的答疑解惑，還有組員的默契配合支持，表示我真誠的感謝!參考文獻1)辛尹波，陳文清. 開關電源基礎與應用[M]. 西安：—232)GrahameHolmes 譯者:周克亮. 電力電子變換器PWM技術原理與實踐[M]. 人民郵電出版社. 2010年02月3)王兆安，黃俊．電力電子技術[M]．4)森 榮二（日）譯者：薛培鼎. LC濾波器設計與制作[M]. 5)曲學禮，王增福，曲敬凱. 新編高頻開關穩壓電源[M]. 北京：—191.6)王兆安，黃俊. 電力電子技術[M]. 北京：機械工業出版社. —1657)黃俊，王兆安，電力電子變流技術（第三版）[M] .北京:8)周志敏，周紀海，紀愛華. 開關電源實用電路[M]. 北京：—129)胡存生，胡鵬. 集成開關電源的設計制作調試與維修[M].人民郵電出版社，199410）何方白，[M].科學技術文獻出版社，199711）馬瑞卿，[J].電力電子技術，200012）楊旭等，板橋開關電源實驗裝置[J].13）何希才，穩壓電源電路的設計與應用[M].14）趙世平，模擬電子技術基礎[M]. 英文文獻Switching Power SupplyWith the rapid development of electronic tchnoloy,application field of s electronic ystem is more and more extensive, electronic equipment,there are more and more people work with electronic equipment are inseparable form reliable power supply for power requipment miniaturized and low cost in the power of light and thin,small and efficient for development traditional transistors series asjustment manostat tchnology more mature,and there has been a large number of integrated linear manostat module,ha the stable operation, usually need are bulky and heavy industrial frequency transformer and bulk and weight are big filter. In the 1950s,NASA to miniaturization,light weight as the goal,for a rocket carrying the switch power decelopment,in almost half a century of decelopment proxess,switch power because of its small colume,lightefficiency,widerange,coltage adcantages in electric,control,puter,and many other areas of electronic wqupment has been widelu used,in rhe 1980s,a puter is made up of all of switch power supply,the first plete puter power generation,Throughout the 1990s,switching power supply in electonics,electrical equipment,home appliances areas to be widelu,switch power technolgy into the rapid development,in addition,large scale integrated ciruit technology,and the rapid decelopment of switch power supply with a qualitative leap,raised high frequency power products of miniaturization,modular tide. Power seitch tube,PWM controller and highfrequency transformer is an indispensable part of the switch power traditional switch power supply is normally made by using high frequency power switch tube division and the pins,such as using PWM integrated controller UC3842+