全桥型开关稳压电源设计

潍坊学院本科毕业设计（论文）目录第一章 前言 .11.1 开关电源技术的发展状况 .11.2 开关电源定义 .21.3 开关电源的发展历史及其应用范围 .21.4 开关电源控制技术分析研究 .41.5 全桥开关电源应用技术 .41.6 本设计的内容及参数 .4第二章 电子元器件及部分电路介绍 .62.1 二极管组成电路分析 .62.1.1 整流桥电路 .72.1.2 稳压管稳压电路 .82.2 三极管及其组成电路分析 .92.2.1 图腾柱驱动电路 .102.2.2 共射放大电路 .102.3 场效应管及其组成电路分析 .122.3.1 场效应晶体管组成的开关驱动电路 .12第三章 全桥拓扑原理 .143.1 基本工作原理 .143.2 全桥变换器设计 .163.2.1 最大导通时间、初级绕组圈数选择 .163.2.2 初级电流、输出功率、输入电压的关系 .163.2.3 初级线径的选择 .163.3 变压器初级隔直电容的选择 .17第四章 UC3895 芯片外围电路设计 .184.1 UC3895 介绍 .184.1.1 UC3895 原理框图及特点 .184.1.2 UC3895 引脚功能 .19潍坊学院本科毕业设计（论文）I4.2 UC3895 外围电路计算 .20第五章 全桥开关电源硬件设计 .225.1 稳压恒流电路的设计 .225.2 辅助电源的设计 .235.3 主功率板总图 .255.4 驱动电路设计 .26结束语 .27参考文献 .28致谢 .29潍坊学院本科毕业设计（论文）1摘要：本文重点介绍了由 UC3895 构成的相移谐振 PWM 控制器的工作原理和他的应用，进一步设计了由 UC3895 构成的全桥移相零电压开关（ZVS）PWM 开关电源。全桥开关电源采用了图腾柱驱动电路，并且驱动电路以隔离的方式驱动 MOS 开关管，以此来提高电源的稳定性；UC3895 采用了 ZVS 技术使开关管的导通损耗减小，提高了整个电路的工作效率。此次开关电源设计重点分析了全桥开关电源开关管的零电压开通和零电流关断的过程以及全桥开关的工作原理，而且还阐述了全桥开电源相关的应用领域，以及全桥开关电源今后的发展方向和发展趋势。本文选择了全桥拓扑，分析了电源的外围电路。UC3895 自身带有自适应延迟时间设置以及其他的增强逻辑功能，而且UC3895 采用了 BCDMOS 制造工艺，这就使得 UC3895 的整体性能有了很大的提高。关键词：全桥稳压技术；零电压开关技术；全桥移相控制技术。ABSTRACT：This paper mainly introduces the composed of UC3895 phase shift resonant PWM controller working principle and application, further designed composed of UC3895 full bridge phase shifting zero voltage switching (ZVS) PWM switching power supply.Full bridge adopted the totem poles switch power supply drive circuit, and drive circuit in the form of isolated drive MOS switch tube, in order to improve the stability of the power supply;UC3895 adopted ZVS technology reduce switch tube conduction losses, improve the work efficiency of the whole circuit.The switching power supply design focuses on analyzing the whole bridge opening of zero voltage switch power switch tube and zero current turn off process and the working principle of the full bridge switch and also expounds the application of the whole bridge open power supply related fields, as well as the whole bridge switching power supply development direction and development trend in the future.This article chose the full bridge topology, the periphery of the power supply circuit is analyzed.UC3895 itself with enhanced adaptive delay time Settings, and other logic function, and BCDMOS UC3895 adopted manufacturing technology, which makes UC3895 overall performance has the very big enhancement.Keywords: zero voltage switching technology； full bridge phase shifting control；resonant converter。潍坊学院本科毕业设计（论文）0第一章 前言小型开关电源主要是以反激拓扑为主，反激低噪声、抗干扰、高稳定性等优点。现在的的小型电源小型化以及高效率主要是由高频开关实现的，因此目前都在不断地开发出高效率新型元器件，特别是不断地改进次级侧二极管的管压降、变压器电容器小型化。该电源电路结构简单，工作可靠，总体发热量降低，电磁干扰能力增强，并且运行可靠，输出电源质量高，是一种高效率的小功率开关电源。简单介绍一个小型电源的原理图，控制电路主要是由控制芯片 OB2530 来控制完成的，另外还加入必要的外围电路：反馈电路，它是由过流保护电路，过压保护电路，稳压电路等组成控制电路。主电路是由整流/滤波电路，Buck 电容，高频变压器等组成。下图 1.1 OB2530 电路原理图。图 1.1 OB2530 电路原理图1.1 开关电源技术的发展状况电力电子技术在近代社会正在以一个高速度不断的创新发展，高频开关电源应用的领域已经非常广泛：1.PC 终端设备，2.通讯家用电器，3.工业电源，4.航空航天等各个领域。我国的电子行业正迅速崛起，电子产品正在经历一个迅速发展的阶段。手机，电脑等 PC 设备尤为突出。因此电源的需求与应用也变的很迫切。电源有几种比较常见的拓扑结构：1.Buck 拓扑结构，2.Boost 拓扑结构，3.推挽拓扑结构，4.正激拓扑结构，5.反激拓扑结构，6.半桥/全桥拓扑结构等。其中小功率的开关电源反激拓扑应用的很普遍，技术已经很成熟（150W）以下的开关电源。大功率的开关电源一些工潍坊学院本科毕业设计（论文）1业电源半桥/全桥拓扑应用的比较广泛。20 世纪 80 年代 PWM 宽带脉冲调制技术得到了迅速的发展，PWM 技术主要应用于电力电子行业。风力发电，电机调速，直流供电等重要领域。PWM 技术的发展对节能环保方面有一定的积极的意义。正如像台达这些电源大厂的企业理念“节能，环保，爱地球”极大的提高了电源的效率，这也对应了如今国家提倡的节能减排的战略要求。PWM 有很多种的控制方法:1.等脉宽 PWM 法 2.随机 PWM法 3.SPWM 法等十几种方法控制方法。后面我们还会详细的讲解 PWM 脉宽调制技术。1.2 开关电源定义线性电源是高频开关电源迅速发展和进步的基础，通俗的说开关电源是在线性稳压电源的基础上发展进步的。开关电源是开关器件（如：三极管，晶体管等）工作在开关状态的电源。开关电源中有四大类基本电力电子电路：AC-DC 电路DC-AC 电路AC-AC 电路DC-DC 电路开关电源在实际应用中，比以上四种电子电路范围要窄的很多。换句话将就是要同时具备以下的三个基本条件的电源可称之为开关电源,这三个基本条件就是：1.开关 2.高频 3.直流。1.3 开关电源的发展历史及其应用范围线性稳压电源是开关电源的发展基础。在开关电源还没有出现的时候，许多工业控制设备、PC 电源等工作电源都是采用线性稳压电源。但是因为电子技术的不断跟进使得我们需要功能越来越强大更加完善的开关电源。这就使得市场迫切需要 1.体积小2.效率高 3.重量轻 4.性能好的新型高频开关电源，开关电源技术发展最为强大的动力莫过于它巨大的市场价值当然还有能源方面的能源意义。新型电力电子器件的创新以及高频率的开关管的出现给开关电源的发展提供条件。在上世纪 60 年代末，巨型晶体管（GTR）的出现，在工程的不断努力下使得采用高工作频率的开关电源得以问世，那时确定的开关电源的基本拓扑结构一直沿用至今，如上文我们已经提到过的 Buck 拓扑，Boost 拓扑，推挽变换器，正激变换器，反激变换器，半桥/全桥拓扑等。电源的开关频率这几年得到了很大的提升完全得益于 MOSFET 在开关领域的使用，使得电源体积变得更小，重量变得更轻，功率密度也得到了改善。开关电源的开关频率不断的提潍坊学院本科毕业设计（论文）2高也引起了很多的问题，比如电磁干扰问题，为了能够更好的解决电磁干扰的问题就出现了一个新的技术，软开关技术开关电路它的出现使得开关电源技术进一步提升。在后来在上世纪 90 年代开始，功率因数校正（PFC）技术成为了开关电源发展的瓶颈，工程师们也不断的去想各种办法去提高开关电源的功率因数（PFC）。出现了功率因数校正技术（PFC）可以分为：1.主动式 PFC2.被动式 PFC 目前除了对直流输出电压的输出纹波要求极高的场合外，高频开关电源慢慢的取代了线性稳压电源，主要用于小功率场合。比如：电视机、电脑、计算机、各种电子仪器仪表的电源。在比较多的中大容量范围，开关电源慢慢取代了相控电源，比如：1.通信电源领域 2.电镀装置 3.电焊机 4.工业设备等的电源等。开关电源的主电路是开关电源的核心部分。我们一般根据以下的三个原则对开关电源斤西瓜以下分类根据：1. 电能回馈能力2. 输出端与输入端是否电气隔离3. 电路的结构形式。我们可以发现隔离型电路在实际应用中较广泛推广。而非隔离型电路较少如图 1.2 电源拓扑分布图：图 1.2 电源拓扑分布图1.4 开关电源控制技术分析研究开关电源可以分为电压控制模式和电流控制模式两种控制模式：电流控制模式电压控制模式电源控制模式 单环控制双环控制开关电源非反馈型反馈型非隔离隔离隔离非隔离反激拓扑全桥拓扑正激拓扑半桥拓扑潍坊学院本科毕业设计（论文）31.5 全桥开关电源应用技术1.PWM 高频调制技术2.软开关技术3.处理网侧谐波电流4.提高网侧功率因数以上先进的的电力电子技术的应用引入高效、高性能、高功率因数和低污染的新趋势。使得电源的发展：1.正向高频化2.高功率密度3.高功率因数4.高可靠性和高智能化1.6 本设计的内容及参数本次设计采用相移脉宽调制谐振控制器UC3895芯片，这种介绍了UC3895的外围电路设计以及在开关源中的应用。UC3895是相移谐振DC/DC变换的PWM 控制器，UC3895的功能及特点有以下几点。1.UC3895增加了自我适应的延迟时间设置还有其他的逻辑功能模块设置。2.先进的BCDMOC工艺制造用在了这颗芯片的身上，使得UC3895的性能得到了很大的提高。特别是处理信号的速度上。3.这颗芯片也是一种DC/DC变换器的控制芯片。4.UC3895内部设置有软开关设置，所以它能实现全桥零电压软开关功率变换电路,他也有控制电路简单,性能稳定可靠。文中同时也有介绍 ZVS 逆变电路的各个开关管工作状态的工作模式，系统的阐述了各个电子元器件的性能参数以及他们的应用电路设计，还有设计了UC3895外围电路设计包括延迟时间的设定，逆变电路的设计，不可控整流电路的设计，电压检测反馈单电流模式控制技术可以较好地解决大功率电源的并联问题， 电源的动态响应性能更好，变压器的偏磁情况、电源模块的过载或短路保护等得到明显的改善。所以在电源产品的设计中电流模式得到广泛的应用。潍坊学院本科毕业设计（论文）4电路设计，过电流保护进行了设计，以及他们的动态电路的分析及简单计算，不管电路怎么设计，工程师们都尽力的使电路的稳定性和安全性进一步提高。参数：1输入电压：220VAC20%，50Hz。2输出 48V-3.3V/15A，输出纹波50mV,开关噪声200mV。3输入对地隔离电压1500VAC(10mA 漏电流,1 分钟打压)。4要求选用 UC3895 作为 PWM 控制芯片,全桥主电路。第二章 电子元器件及部分电路介绍在开关电源中，电力电子器件是完成电能转换以及主电路拓扑中最为关键的元件。为了降低电子元器件在工作状态的功率损耗以及提高开关电源的整机效率，开关电源中的开关管一般工作在开关状态，由此我们命名他们为开关元器件开关元器件的应用极大的提高了开关电源的效率。电力电子器件种类很多，我们根据电子元器件在电路中被控制的程度进行了一下的分类。1：不可控器件，即二极管；2：半控型器件，主要包括晶闸管及其派生器件；3：全控型器件，主要包括绝缘栅双极型晶体管、电力晶体管、电力场效应晶体管等。随着电子半导体技术的不断进步和发展，他们的性能都潍坊学院本科毕业设计（论文）5在不断地提高，功耗不断的下降。这就极大的提高了开光电源的整机的功率密度以及电源高频话的发展。我们只有不断地探索，创新了解电力电子器件的特性，这样才能设计开发出来一个理想的开关电源。2.1 二极管组成电路分析图 2.1 二极管2.1.1 整流桥电路整流桥电路就是把我们用的交流电通过整流桥转换为直流电的电路。整流电路可以分为一下三种： 1.半波整流电路 2.全波整流电路 3.桥式整流电路这三种整流电路主要就是利用二极管的单向导电特性，整流二极管的导通电压由输入交流电压提供。下图 2.2 所 示 整 流 桥 电 路 ， 他 就 是 利 用 二 极 管 的 单 向 导 电 的 基本 特 性 来 整 流 的 电 路 ， 使 交流电转换成了直 流 电 。 达 到 了 整 流 的 目 的 。整 流 桥 电 路 是 对 半 波 整 流 电 路 的 一 种 改 进 。 它 能 获 得 半 波 整 流 所 不 能 得 到 的 下半 部 分 的 波 形 ， 这 就 使 得 整 流 的 效 率 提 高 。桥 式 整 流 电 路 的 原 理 非 常 简 单 ， 它 就 是 利 用 四 个 二 极 管 ， 两 两 对 接 。 正 弦 波是 能 够 顺 利 导 通 ， 负 弦 波 是 二 极 管 2,3 的 作 用 使 得 电 流 正 向 流 出 ， 得 到 了 直 流 电 。利 用 二 极 管 单 向 导 通 的 特 性 ， 但 也 要 特 别 注 意 二 极 管 的 反 向 耐 压 值 ， 如 果 超 出 二 极二极管是最为简单普遍但在开关电源中十分重要的电力电子器件，在开关电源的输入整流电路、逆变电路、输出高频整流电路以及缓冲电路中都有所使用。二极管的基本结构及工作原理开关电源中应用的二极管除电压、电流等参数与电子电路中的二极管有较大差别外，其基本结构和工作原理是相同的，都是由半导体 PN 结构成，即 P 型半导体与 N 型半导体结合构成。如图 2.1 二极管。潍坊学院本科毕业设计（论文）6管 就 会 被 击