电力电子技术课程设计报告应用直流变换器的开关电源设计及拓扑结构研究分析：PWM控制恒压开关稳压电源

1、创新实验项目（2011 年）专业课程设计报告课程设计题目应用直流变换器的开关电源设计及拓扑结构研究分 析：PWM 控制恒压开关稳压电源学 院： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间：课程编号：2723952 课程名称：专业课程设计 学分：2学时：68 周数：2执行时间：第七学期 适用年级：08 级专业课程设计任务书设计题目：应用直流变换器的开关电源设计及拓扑结构研究分析 一、题目概述直流变换器中各类型斩波电路和各类型间接直流变换电路在开关电源广泛应用， 基与 PWM 控制恒压开关稳压电源是一种应用于恒压性能好电源电路。该电路具有输 出电压稳定、元件选择合适时性能指标高、效率高、体积小等

2、特点。具有短路、过流 保护功能，工作可靠。针对各类成型直流变换器的开关电源拓扑结构研究分析有助于 学生设计思维的拓展和设计能力的提高。二、课程设计的目的通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用 Internet 检索需要的文献资料；2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力；3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力；4、提高学生课程设计报告撰写水平；5、提高学生通过实验测试、研究分析和完善设计的水平。三、课程设计的任务和要求（在两个题目中选择一个进行设计）（一）PWM 控制恒压开关稳压电源的设计1、设计主要技术指标如下（1）输入交流电源：

3、单相 220V 10%f=50Hz；（2）输入直流电压：Ui=5V+10；（3）输出直流电压：Uo=15V；（4）输出直流电流：Imax=0.5A；Imin=0.2A；- 0 -（5）电压调整率：Sr0.01；（6）开关频率：20KHz；（7）具有过压保护和过流保护功能；（8）具有稳压电源工作显示。2、设计内容（1）整流电路的选择和相关元件选择和计算；（2）斩波电路设计和元件选择和计算；（3）PWM 控制电路选择和相关元件选择和计算；（4）驱动电路的设计和相关元件选择和计算。（二）PWM 控制恒压开关稳压电源的设计。1、设计主要技术指标如下（1）输入交流电源：单相 220V 10%f=50Hz

4、；（2）输入直流电压：Ui=28V+10；（3）输出直流电压：Uo=5V；（4）输出直流电流：IN=5A；Imin=1A；（5）电压纹波系数：1；（6）开关频率：100KHz；（7）具有过压保护功能；（8）具有稳压电源工作显示。2、设计内容（1）整流电路的选择和相关元件选择和计算；（2）斩波电路设计和元件选择和计算；（3）PWM 控制电路选择和相关元件选择和计算；（4）驱动电路的设计和相关元件选择和计算。三、设计要求及完成文件1、调研、查找并收集资料；2、总体设计、画出框图；3、单元电路的设计说明；4、电器原理设计绘制标准原理图；5、参数计算列元器件明细表；- 1 -6、撰写设计说明书；7、参

5、考资料目录。四、课程设计用纸和格式统一1、A4 纸打印（页边距：上下左右各留 1.8cm）；2、大标题：3 号字，宋体加粗；3、小标题：4 号字，宋体加粗；5、正文：小 4 号字，宋体，固定间距 20 磅；6、页眉：电力电子技术课程设计，5 号宋体；7、页脚：页码居中；8、要求图表规范，文字通顺，逻辑性强，报告字数不少于 3000 字。五、课程设计报告基本格式1、封面（1）专业课程设计（创新实验项目）（2）设计题目（3）专业、班级、姓名（4）指导教师（5）完成时间2、目录（按设计顺序编排）3、内容（1）设计方案的提出（2）设计方案的分析（3）设计方案的可行性论证（4）设计方案的理论依据（5）电

6、路原理设计与计算（6）电路仿真分析（7）电路性能评测（8）设计方案的改进与提高4、附录（1）电路图（2）元器件明细表- 31 -（3）参考文献 5、总结体会 六、实物训练学生根据自己方案设计的电路与实物进行对比分析测试，逐步提高分析问题与解 决问题的能力。（可分组进行）专业课程设计指导书本创新实验项目以“电力电子技术”为核心，围绕“开关电源”分析、设计、评 估和调试中相关技术问题进行实践创新训练。一、设计题目应用直流变换器的开关电源设计及拓扑结构研究分析1、拓扑分析2、磁路与电路设计3、开关电源的典型波形4、开关电源新技术二、设计任务和设计要求（类）1、设计主要技术指标（1）输入交流电源：单相

7、 220V 10%f=50Hz（2）输入直流电压：Ui=5V+10（3）输出直流电压：Uo=15V（4）输出直流电流：Imax=0.5A；Imin=0.2A（5）电压调整率：Sr0.01（6）开关频率：20KHz（7）具有过压保护和过流保护功能（8）具有稳压电源工作显示2、设计内容（1）整流电路的选择和相关元件选择和计算（2）斩波电路设计和元件选择和计算（3）PWM 控制电路选择和相关元件选择和计算（4）驱动电路的设计和相关元件选择和计算（ 类）1、设计主要技术指标如下（1）输入交流电源：单相 220V 10%f=50Hz（2）输入直流电压：Ui=28V+10（3）输出直流电压：Uo=5V（4

8、）输出直流电流：IN=5A；Imin=1A（5）电压纹波系数：1（6）开关频率：100KHz（7）具有过压保护功能（8）具有稳压电源工作显示2、设计内容（1）整流电路的选择和相关元件选择和计算（2）斩波电路设计和元件选择和计算（3）PWM 控制电路选择和相关元件选择和计算（4）驱动电路的设计和相关元件选择和计算三、课程设计的总体要求（1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务；（2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断；（3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理；（4）按时参加课程设计指导，定期汇报课程设计进展情况；（5）广泛收集相关技术资料；（6）独

9、立思考，刻苦钻研，严禁抄袭；（7）按时完成课程设计任务，认真、正确地书写课程设计报告；（8）培养实事求是、严谨的工作态度和认真的工作作风。四、课程设计的内容（1）明确设计任务，对所要设计的任务进行具体分析，充分了解系统性能、指 标内容及要求。（2）制定设计方案。（3）迸行具体设计：单元电路的设计；参数计算；器件选择；绘制电路原理图。（4）撰写课程设计报告（说明书）：课程设计报告是对设计全过程的系统总结， 也是培养综合科研素质的一个重要环节。五、课程设计报告的主要内容（1）课题名称（2）设计的任务、指标内容及要求，应完成的任务（3）设计方案选择及论证（4）总体电路的功能框图及其说明（5）功能块及

10、单元电路的设计、计算与说明（6）总体电路原理图及其说明（7）所用的全部元器件型号参数等（8）收获、体会及改进想法等（9）主要参考文献 六、课程设计的成绩评定 课程设计成绩主要根据以下几方面来评定：（1）根据整个课程设计的初始设计方案情况；（2）研讨分析情况及研究改进报告；（3）设计方案的正确性、先进性与创新性；（4）关键电路设计与计算的正确性；（5）分析问题和解决问题的能力和最终设计方案及相关文件完成质量进行综合 评定。七、设计相关知识SG3524 简介：SG3524 是双端输出式脉宽调制器，工作频率高于 100kHz，工作温度为 070益，适宜构成 100500W 中功率推挽输出开关电源。S

11、G3524 采用 DIP-16 型封装，管脚排列和内部结构如图所示。SG3524 工作过程如下。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+5V 基准电压。+5V 再送到内部（或外部）电路的其他元器件作为电源。振荡器脚 7 须外接电容 CT，脚 6 须外接电 阻 RT。振荡器频率 f 由外接电阻 RT 和电容 CT 决定，f=1.18/RTCT。本设计将 Boost 电路的开关频率定为 10kHz，取 CT=0.22 滋 F，RT=5k 赘； 逆变桥开关频率定为 5kHz，取 CT=0.22 滋 F，RT=10k。振荡器的输出分为两

12、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端，比较器的反向端接误差放大器的输出。 误差放大器实际上是差分放大器，脚 1 为其反相输入端；脚 2 为其同相输入端。通常，一个输入端连到脚 16 的基准电压的分压电阻上（应取得 2.5V 的电压），另 一个输入端接控制反馈信号电压。本系统电路图中，在 DC/DC 变换部分，G3524 的脚 1 接控制反馈信号电压， 脚 2 接在基准电压的分压电阻上。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比 较，从而在比较器的输出端出现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

13、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端互补，交替输出高低电平，其作 用是将 PWM 脉冲交替送至两个三极管 V1 及 V2 的基极，锯齿波的作用是加入了死 区时间，保证 V1 及 V2 两个三极管不可能同时导通。最后，晶体管 V1 及 V2 分别输 出脉冲宽度调制波，两者相位相差 180 毅。当 V1 及 V2 脉冲并联应用时，其输出脉 冲的占空比为 0%90%；当 V1 及 V2 分开使用时，输出脉冲的占空比为 0%45%， 脉冲频率为振荡器频率的 1/2。SG3524 是定频 PWM 电路，采用 16 引脚标准 D IP 封装。其各引脚功能如

14、图 1 (a) 所 示，内部框图如图 1 (b)所示。（a）SG3524 的引脚（b）SG3524 引脚及内部框图SG3524 脚 9 接不同的对地电容时的软起动时间：脚 9 对地电容 C / F软启动时间 t / s100 . 29220 . 58330 . 97471 . 161002 . 23指导教材：开关电源设计，电子工业出版社，王志强译，电子版发给学生 主要参考书：（1）石玉等编著，电力电力技术电路设计指导，机械工业出版社，1998（2）王兆安等编著，电力电子技术（第 4 版），机械工业出版社，2000（3）李序葆等编著，电力电子器件及其应用，机械工业出版社，1996（4）张占松等编

15、著，开关电源的原理与设计，电子工业出版社，1998目 录一、设计概述二、设计任务及要求 三、总体设计四、拓扑单元电路的设计及相关计算（一）整流滤波电路（二）升压斩波电路（三）PWM 信号产生电路及驱动电路 五、电气原理图设计六、设计说明书 七、设计心得 八、附录附录 1PWM控制恒压开关稳压电源电气原理图附录 2元器件明细表 附录 3电源设计 Desktop九、参考文献PWM 控制恒压开关稳压电源一、设计概述PWM（Pu l se W i d t h Modu l a t i on）控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技 术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形 状和

16、幅值）。面积等效原理是 PWM 技术的重要基础理论。一种典型的 PWM 控制波 形 SPWM：脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形称为 SPWM 波。PWM 控制技术在电力电子领域有着广泛的应用，并对电力电子技术产生了 十分深远的影响。本次课程设计中，在直流斩波电路中就是采用了 PWM 技术。 这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输 出电压，这是 PWM 控制中最为简单的一种情况。另外，PWM 控制技术在逆变电 路中的应用最为广泛。PWM 控制恒压开关稳压电源是一种应用于恒压性能好的电源电路，其内部集成了 振荡器( 由外接电阻电容来决定频率)、误

17、差比较器、PWM 调制器等。在此情况下用集 成电路外加少量的电路即可构成开关电源。该电路具有输出电压稳定性能较好、元件 选择合适时性能指标高、效率高、体积小、控制简单且成本低等特点。具有短路、过 流保护功能，工作可靠性能好。二、设计任务及要求1 . 设计主要技术指标1 ) 输入交流电源：单相 220V10， f=50Hz；2）输入直流电压： Ui =5V , 输出直流电压 Uo =15V；3 ) 输出直流电流： I max =0 . 5A， I min =0 . 2A；4）电压调整率Sr 0.01 ；5）开关频率：20KHz；6 ) 具有过压保护和过流保护功能；7 ) 具有稳压电源工作显示。2

18、 . 课程设计内容1 ) 整流电路的选择和相关元件选择和计算；2）斩波电路设计和元件选择和计算；3）PWM 控制电路选择和相关元件选择和计算；4）驱动电路的设计和相关元件选择和计算。3 . 总体要求：1） 熟悉整流电路和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务；2） 掌握基本电路的数据分析、处理：描绘波形并加以判断；3） 能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理；4） 广泛收集各种材料；5） 独立思考，刻苦钻研，严禁抄袭；6） 按时完成课程设计任务，认真、正确的书写课程设计报告；7） 培养实事求是、严谨的工作态度和认真的工作作风。 三、总体设计开关电源就是采用功率半导体器件作为开

19、关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。总体设计方案原理框图如下图 1 所示：图 1 PWM 控制恒压开关稳压电源原理框图 上述原理框图主要可分为三部分：整流滤波电路、升压直流斩波电路和 PWM 控制电路。单相交流输入电压经电容滤波的不可控整流滤波电路整流滤波后，将得到的直 流电压 U i 送至 DC -DC 升压直流斩波电路，经滤波电容滤波后得到输出直流电压 Uo。 将输出的直流电压 Uo 经采样电路采样后送入 PWM 控制器进行比较分析，然后输出脉 冲宽度调制波，送至驱动电路部分进而控制直流斩波电路，从而使其输出稳定的直流 电压。本方案中整流滤波电路以、Boost

20、电路以及 PWM 控制技术在大学电力电子技术这 门课程中已经学过并且掌握了其基本原理，为本次设计打下了坚实的基础。整个方案 的核心部分是 Boost 电路，其电感选择及开关器件的选择与连接都至关重要，决定整 个系统的性能 。其中 DC - DC 变换的控制可采用 PWM 调制专用芯片，如 SG3524、TL494 等芯片内部集成了振荡器（其频率由外接电阻电容来决定）、误差比较器、调制器等， 使整个系统控制简单且稳定性较好。另外，需要指出的是，开关电源按其控制方式分为两种基本形式，一种是脉冲宽 度调制（PWM），其特点是固定开关的频率，通过改变脉冲宽度来调节占空比；另一种是频率调制（PFM），其

21、特征是固定脉冲宽度，利用改变开关频率的方法来调节占空比。 二者的电路不同，但都属于时间比率控制方式，其作用效果一样，均可达到稳压的目 的。目前的开关电源大多数采用 PWM 方式。本次课程设计中就是采用 PWM 方式设计开 关电路。三、拓扑单元电路的设计及相关计算（一）整流滤波电路 本次课程设计中，整流滤波电路采用电容滤波的不可控整流电路，其电路图如图2 所示：图 2单相桥式整流电容滤波电路图及波形图a）电路图）b 波形图电容滤波电路简单，输出电压 U i 较高，脉动较小。但外特性差，适用于负载电 压较高，负载变动不大的场合。下面进行相关参数的计算：1）整流变压器35通常在设计时根据负载的情况选

22、择电容 C 的值，使 RC2T，T 为交流电源的周期，此时输出电压为 U i 1 . 2U2。本设计要求整流后输出电压为 U i =5V，所以 U2=U i / 1 . 2=4 . 17V，考虑到整流二极管上的管压降，变压器二次侧电压应取为 U2N=4 . 17V+1 . 4V=5 . 57V。取变压器一次侧输入电压为 U1N=220V，则变压器的变比应取 为 K=U1N / U2N=39 . 5。根据升压斩波电路的关系式可得 I i =UO IO / U i =1 . 5A( 其中 I 0 取 Imax) , 考虑到一定的裕量，取 I i N=1 . 2 I i =1 . 8A。则变压器二次

23、侧的电流I 2=1 . 11 I i N=2 . 0A。变压器（二次侧）容量为 S2=U2N I 2=11 . 14W , 考虑到变压器漏感等 的损耗，应选择 S2N=（1+5%）S2=11 . 7W。根据以上计算所得数据，就可以选择满足设 计要求的变压器了。2）整流二极管流过整流二极管的平均电流 IVD= I i / 2=0 . 75A , 二极管承受的反向电压最大值为2URM=U2N=7 . 876V，考虑一定的裕量，有 IVDN=1 . 5 IVD=1 . 13A，URMN=2URM=15 . 75V，可选二极管的型号为 1N5391 , 最高反向峰值电压为 50V，平均整流电流为 1

24、. 5A，满足 设计要求。3）电容器根据相关公式有 C=Ic* t=0 . 015F (其中 Ic= I i ，t=10ms，Uc=U i =1V )，考虑到Uc一定的裕量，取 CN=1 . 2C=0 . 018F，滤波电容 C 可选择两个 0 . 01F 的 CD11 型铝电解电 容器并联，额定直流工作电压 25V，满足设计要求。（二）升压斩波电路 升压斩波电路图如图 3 所示：图 3升压斩波电路工作原理假设 L 值、C 值很大。当 V 处于通态时，电源 E 向电感 L 充电，充电电流基本 恒定为 I i，同时电容 C 上的电压向负载 R 供电，因 C 值很大，基本保持输出电压 Uo 为恒值

25、。设 V 处于通态时间为 t on ，此阶段电感上积蓄的能量为 E I i ton 。当 V 处于断态时，E 和 L 共同向电容 C 充电，并向负载 R 提供能量。设 V 处于断态的 时间为 to ff ，则在此期间电感 L 释放的能量为( U0 - E) I i to ff 。当电路工作于稳态时， 一个周期 T 中电感 L 积蓄的能量与释放的能量相等, 即E I i t on = (U0 - E) I i to ff ton+ toffT化简得 UO =E=Etoff toff 上式中的 T / toff 1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压 斩波电路，也称之为 boo s t 变换器

26、。其中 T / toff 表示升压比，调节 其大小，即可改变输出电压 U o 的大小。将升压比的倒数记作， toff即 b =T，则和导通占空比有如下关系： a + b = 1所以 11Uo = b E = 1 - a E升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压 ，关键有两个 原因 ：一是 L 储能之后具有使电压泵升的作用 ，二是电容 C 可将输 出电压保持住。 在了解了升压斩波电路的工作原理后，下面进行相关的计算： （1）确定 L由 得到解得=0 . 667由 得到所以当Im i n=0 . 2A时，求得L=277 . 8H（注意计算中应取占空比=1 / 3，此时 I才能取得最小值），考虑

27、一定的裕量，应选取LN=1 . 2L=333 . 4H。在本课程设计中，可 选330H的L4532 - 330UH型号电感，满足设计要求。（2）确定 C设计要求电压调整Sr0 . 01。则由公式：得到即所以得C111 . 11F（注：Rm i n=Uo / Iomax=15 / 0 . 5=30），考虑一定的裕量，应取 CN=1 . 2C=133 . 3F，在本课程设计中，选取220F型号为CD11的铝电解电容，耐压为 25V满足设计要求。（3）确定 V作为开关器件，V要满足能在高频状态下工作的要求，本次设计的开关频率为 20KHz。可以作为开关器件的电力电子器件种类繁多，如电力MOSFET、

28、GTO、GTR、I GBT 等等，本课程设计中，利用NPN型三极管的开关功能，即可实现开关功能。 根据相关公式有，电力晶体管的集电极最大允许电流ICM=Imax(1-)+Uo=1 . 8A1 - 2Lfs考虑一定的裕量，应取ICMN=1 . 5 ICM=2 . 7A电力晶体管承受的最大反向电压为 URV=UO=15V ，考虑一定的裕量，应 取URVN=2UO=30V。所以可选取能承受40V电压、3A电流，型号为D1997 NPN 45B的三极管，满足设计 要求。（4）确定 VD由于VD工作在高频状态，所以要选取快速恢复二极管。快速恢复二极管是指反 向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多

29、采用掺金措施，结构上有采用 PN结型结构，有的采用改进的P I N结构。其正向压降高于普通二极管（1 - 2V）， 反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反 向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100纳秒以下。在本课程设计中VD应满足：URVDN=2UO=30V， I VDN= I CMN=2 . 7A。可选择型号 为 I N5822的快速恢复二极管，其正向电流为3A ，反向耐压40V，符合要求。另外，滤波电容 C5 选择 220mF 的 CD11 型铝电解电容器，额定直流工作电压 25V。（三）PWM 信号产生电路及驱动电路1 . SG3524 简介SG35

30、24 是美国硅通用公司（S i l i conGene ra l ）生产的双端输出式脉宽调制器，工 作频率高于 100kHz, 工作温度为 070, 适宜构成 100W500W 中功率推挽输出式开关电源。SG3524 采用 D IP16 型封装，管脚排列和内部结构如图 4 所示：图 4SG3524 管脚排列和内部结构SG3524 工作过程如下。直流电源 Vs 从管脚 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+5V 基准电压。5V 再送到内部（或 外部）电路的其他元件作为电源。振荡器脚 7 须外接电容 CT，脚 6 须外接电阻 RT。 振荡器频率 f 由

31、外接电阻 RT 和电容 CT 决定， f1 . 18 / RTCT。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端，比较器的反相端接误差放大器的输出。误差放大器实际上是差分放大器，脚 1 为其反相输入端；脚 2 为其同相输入端。 通常，一个输入端连到脚 16 的基准电压的分压电阻上（应取 2 . 5V 的电压），另一个 输入端接控制反馈信号电压。本系统电路图中，在 DC / DC 变换部分，SG3524 的脚 1 接控制反馈信号电压（即开 关电源输出电压经取样后接至误差放大器的反相输入端），脚 2 接在基准电压的分压 电阻上。误差放

32、大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，从而在比较器的输出 端出现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端互补，交替输出高低电平，其作用是将 PWM 脉冲交替送至 两个三极管 V1 及 V2 的基极，锯齿波的作用是加入了死区时间，保证 V1 及 V2 两个三 极管不可能同时导通。最后，晶体管 V1 及 V2 分别输出脉冲宽度调制波，两者相位相 差 180 度。当 V1 及 V2 脉冲并联应用时，其输出脉冲的占空比为 090；当 V1 及 V2 分开使用时，输出脉冲

33、的占空比为 045，脉宽频率为振荡器频率的 1 / 2。限流比较器需外接过流检测电阻器 Rs，常态下它输出高电平，一旦 Rs 上的压降 超过 200mV , 就输出低电平，迫使 Vr 等于零，关断输出，起到过流保护作用。同时可 以利用关断电路强行关断输出，当第 10 脚输入 0 . 7V 的高电平时，即可使关断电路内 部的晶体管饱和导通，将 Vr 拉成 0V，使 PWM 停止工作，接低电平则可正常工作。本次设计中采用外接过流检测电阻的方法实现过流保护，简单方便。过流检测电 阻器 R10（1）经管脚 4、管脚 5 引入过流保护电路，其大小决定着输出电流的极限 值。2 . 具体电路及其元器件选择驱

34、动电路如图 5 所示：图 5驱动电路PWM 信号产生电路（包含 Boos t 电路、驱动、过流检测及工作状态显示电路）如 图 6 所示：图 6PWM信号产生电路本次设计要求开关频率 f = 20KHz ，可取 RT = 3.6kW , 由公式 f = 1.18 / RTCT可得出 CT = 0.017mF 。电阻 RT 选择 E24 标称值系列电阻，电容 CT 选择适用于高频电路、漏电小、损耗也小的 CA42 钽电解电容。滤波电容 C1 选择 100F 的 CD11 型铝电解电容器，额定直流工作电压 25V。R2由于 U i =5V，Uo=15V，根据公式 Uo=UR1+UR2=2 . 5（1

35、+R1 ），解得 R2=5R1。可取R1=2 . 4K，R2=12 K。取 R1=R3= R4=2 . 4K， R1 、R2、 R3 、 R4 均可选择 E24 标称值系列电阻。SG3524 的 9 管脚接频率补偿网络， R5 = 3.6kW ， C2 = 1000pF ， C3 = 4.7mF 。R5 选择 E24 标称值系列电阻，C2 选择可作旁路电容应用的 CC4D- 1 型独石电容器，C3 选择 CD11 型铝电解电容器。二极管 VD5 选择 2CZ55A- P 型整流二极管，额定整流电流1A，浪涌电流 20A，反向电流 10 mA ，最大反向耐压 251400V，符合设计要求。 SG

36、3524 的管脚 11 与管脚 14 并联、管脚 12 和管脚 13 并联输出，输出的方波电压接入驱动电路，产生合适的电压。三极管选择 2N2210 型，满足 ICM 1A ，PCM 18W的要求， R6 、 R7 、 R8 为上拉电阻， R9 为接地电阻，选择 E24 标称值系列电阻， R6 = R7 = R8 = 2kW ， R9 = 1kW 。二极管 VD6 选择 2CZ55A - P 型整流二极管，符合 设计要求。稳压电源工作状态显示电路中，发光二级管选择普通 5 型红色 LED，压降为 2 . 02 . 2V ，正常发光时的额定电流约为 20mA。因为 U0=15V，为了保证 LED

37、 正常发光，经计算可串联一 E24 系列保护电阻 R11=680。过流检测电阻器 R10 选择 E24 系列的 1标准电阻，经管脚 4、管脚 5 引入过流保 护电路，符合设计要求。五、电气原理图设计PWM 控制恒压开关稳压电源电气原理图参见附录 1，相关元器件的明细表见附录 2。电源设计仿真见附录 3。六、设计说明本次设计是采用集成控制器 SG3524 构成开关稳压电源，其基本工作原理见图 7， 脉宽调制控制原理见图 8，至于其系统的具体工作过程、元器件的选择及其作用等在 上文已有详细的说明，在此不再赘述。图 7开关电源的基本工作原理框图图 8 脉宽调制控制原理图本设计旨在完成 3 个部分电路

38、，即整流滤波电路、升压斩波电路、PWM 信号产生 电路（包括驱动及保护电路）的设计，进而实现 PWM 信号控制的恒压稳压电源的设计。鉴于输入为 5V 的直流电压（由整流滤波电路获得）而输出电压为 15V，所以需要 利用升压斩波电路升压的特性，将升压斩波电路加入到主电路之中。升压斩波电路之所以能够起到提升输出电压的作用，在于电路中的电感储能之后具有使电压泵升的作 用而电容又可将输出电压保持住，从而实现了电压的提升。设计要求的 PWM 信号即脉宽调制信号，控制方式就是对电路开关器件的通断进行 控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波 形。通过脉宽调制产生的信号进而

39、控制升压斩波电路，从而实现 PWM 控制的稳压电源。 这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输 出电压，这是 PWM 控制中最为简单的一种情况。信号产生电路产生的 PWM 信号不足以驱动升压斩波电路，故添加驱动电路用以驱 动 PWM 信号进而完成升压斩波电路的控制。综上，PWM 信号控制的稳压电源电路即可由上述的 3 部分电路组合，电气原理图 见附录二；元器件选择上通过查阅有关网络资料，进行的比较顺利；最后将电路图绘 制完毕并插入到设计之中即完成了本次设计的任务。七、设计心得 通过这次的课程设计，使我对整流电路、斩波电路以及PWM控制技术有了加深的理解和掌握，对一些相关的元器件有了一定的了解。通过对整体电路分析和设计，大 大培养了分析和解决问题的能力，使逻辑思维能力得到了很好的锻炼，同时培养了我 们对待科学研究要勤奋严谨的作风。在设计过程中，遇到了很多困难，通过与同学们 在一起探讨研究，既增加了同学之间的友谊，又培养了团队合作的精神，使问题得到 了很好的解决。另外，通过在图书馆、互联网上查找相关资料，让我懂得了如何搜集 对课程设计有用的材料，提高了查阅文