毕业设计（论文）-DC-DC变换器电路设计及仿真.doc

西安欧亚学院本科毕业论文（设计）-1-目录第一章绪论.21.1研究背景.21.2课题意义.2第二章DC-DC工作原理.32.1DC-DC变换的概念.32.2变换器的工作方式.32.3DC-DC变换器的基本电路图及工作原理.3第三章整体方案以及电路的设计.93.1设计要求.93.2方案论证.103.2.1设计思路.103.2.2方案论证.103.2.3总体电路图设计.113.3主要器件介绍.123.3.1SG3524芯片的简介.12SG3524.133.3.2驱动模块.14第四章电路装配以及调试.154.1设计亮点.154.2装调心得.154.3调试过程中所遇到的问题：.154.4性能测试结果.164.4.1开关特性测试.16结束语.19致辞.20西安欧亚学院本科毕业论文（设计）-2-第一章绪论1.1研究背景在人们的生活中，电力已成为与生产生活息息相关的一部分，在各个场合，人们都需要各式各样的电力来为其服务，然而并不是所有的电力都能在一开始就能满足需要，于是就要求有电力变换的过程。在电子设备领域中，通常将整流器称为一次电源，而将DC/DC变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成安全的直流电源。目前，在电子设备中用的一次电源中，传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代，高频开关电源通过MOSFET或IGBT实现高频工作，开关频率一般控制在50kHz100kHz范围内，实现高效率和小型化。电子设备中所用的集成电路的种类繁多，其电源电压也各不相同,在电子供电系统中，采用高功率密度的高频DC/DC隔离电源模块,从中间主线电压变换成所需的各种直流电压，可以大大减小损耗、方便维护,且安装和增容非常方便。一般都可直接装在标准控制板上，对二次电源的要求是高功率密度。因为电子设备容量的不断增加，其电源容量也将不断增加。1.2课题意义(1)DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约2030的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。(2)DC/DC变换器是一种能高效实现直流到直流功率变换的混合集成功率器件，主要采用了高频功率变换技术，即将直流电压通过功率开关器件变换成高频开关电压，且输入与输出之间完全隔离。该产品主要应用于航空、航天、通信、雷达、以及其他所有采用分布式供电体系的领域。(3)直流-直流变换器（DC/DC）广泛应用于各个领域，按额定功率的大小来划分，DC/DC可分为750W以上、750W1W和1W以下3大类。进入20世纪90年代，DC/DC变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC/DC变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。西安欧亚学院本科毕业论文（设计）-3-第二章DC-DC工作原理2.1DC-DC变换的概念DC-DC变换即直流斩波，将直流电压变成固定或可调的直流电压。2.2变换器的工作方式变换器的工作方式分为以下五种:(1)正激变换器在Buck电路的开关管与续流二极管之间加入变压隔离器便得到一个单端正激变换器。由于在开关管关断时，电压有尖刺，输出电压有纹波，故多在小功率场合得到应用。(2)反激变换器是由Buck-Boost推演并加变压隔离器后得到的。它的电路简单，能够高效提供直流输出，因此在要求有多组直流输出电压时特别常用，它的缺点是关断时电压有尖刺，输出纹波电压过大，通常输出功率在250W以下，电压和负载调整率要求在5%-8%左右。(3)推挽变换器带中心抽头变压器原边两组线圈轮流工作的线路一般称为推挽线路。由于功率开关管电压应力两倍与电源电压sV，而且主变压器原边利用率也不如全桥、半桥那样高，输出电压随输入电压和负载变化而变化。但是在低输入电压（如48V）时，推挽电路比半桥或全桥优越。因为任何时候最多只有一个开关元件工作，对于输出相同功率，开关损耗比较小。所以推挽在低压输入的大功率变换器（1000W）得到广泛应用。(4)半桥式变换器由两个电容器和两个开关管组成两个桥，桥的对角线接变压器的原边绕组，故称半桥变换器。半桥式变换器减小了原边开关管的电压应力，结构简单，功率器件少，所以在中小功率场合得到广泛应用。(5)全桥式变压器主变压器只需要一个原边绕组，通过正、反向的电压得到正、反向磁通，副边有一个中心抽头绕组采用全波整流输出。因此变压器铁心和绕组的最佳利用，使效率、功率密度得到提高。功率开关在非常安全的情况下运作。2.3DC-DC变换器的基本电路图及工作原理直流斩波电路的主要是实现直流电能的变换，对直流电的电压或电流进行控制。按照输入电压与输出电压之间的关系，可以分为六种不同的形式，分别为降压斩波电路（BUCK）、升压斩波电路（BOOST）、升降压斩波电（BUCK-BOOST）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。其中前两种是最基本的电路，一下接受四种常见电路形式。西安欧亚学院本科毕业论文（设计）-4-(1)降压斩波电路斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图3-1中Em所示。为使io连续且脉动小，通常使L值较大。数量关系电流连续时，负载电压平均值（2-1）a导通占空比，简称占空比或导通比Uo最大为E，减小a，Uo随之减小降压斩波电路。也称为Buck变换器。负载电流平均值I=Ud/R（2-2）电流断续时，Uo平均值会被抬高，一般不希望出现斩波电路三种控制方式a脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型T不变，调节ton，应用最多b频率调制或调频型ton不变，改变Tc混合型ton和T都可调，使占空比改变西安欧亚学院本科毕业论文（设计）-5-图2-1降压斩波电路的原理图及波形a）电路图b）电流连续时的波形c）电流断续时的波形(2)升压斩波电路升压斩波电路的基本原理：西安欧亚学院本科毕业论文（设计）-6-假设L值、C值很大，V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压Uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为EI1tonV断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能量为（2-3）图3-2升压斩波电路及其工作波形a）电路图b）波形稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等，得（2-4）输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。也称之为boost变换器进一步分析：aL储能之后具有使电压泵升的作用b电容C可将输出电压保持住西安欧亚学院本科毕业论文（设计）-7-(3)升降压斩波电路设L值很大，C值也很大。使电感电流iL和电容电压即负载电压uo基本为恒值。基本工作原理：V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即（2-5）当V处于通态期间，uL=E；而当V处于断态期间，uL=-uo。于是：（2-6）所以输出电压为：（2-7）LL,IiCiDiILuCi0Cuua）Ud+_图3-4Buck-Boost电路及其波形a）电路b）等值电路_c）波形tI2I1iL0b）c）Ud+_VDCZ00,Ii00,UuiZ00IiCi工作模式1工作模式2Tt0kTtI2I1iD0ttU00tI00TkTTkT02II0ITkTTkTuCiCi0VCiZCVDDi0CULLiLiL0iL