光隔型DCDC开关电源稳压系统设计

1、综合课程设计报告题目光隔型dc/dc开关电源稳压系统设计学院 专业 班级 学号学生姓名 指导教师 张卫、孟明一、课程设计目的(一) 加强工程实践能力一一锻炼(二) 培养知识综合运用一一能力木课程设计的重点是围绕着控制系统的建模、分析、校正(确定调节律)及 系统的实现技术等环节进行，着重培养学生具有综合运用己学的自动控制原理、 模拟电子、数字电子、电力电子技术及控制系统matlab仿真等知识， 分析、设计简单控制系统的初步能力，并具有运用eda软件一一protel99se或 dxp，规范地绘制电路原理阁的基本能力。二、课程设计题目与要求1、题目：光隔型dc/dc开关电源稳压系统设计a、主要参数：

2、(1) 输入：24vdc (允许的波动范围1030vdc);(2) 输出：12vdc;额定功率：120w；负载率：(10-100) %；(3) 其他：调制频率 25khz; l=125uh、c=1800ufb、主电路方案：半桥式(m0sfet)2、设计要求：(1) 确立主电路，并用protel99se/dxp进行规范的绘制；(2) 建立系统的对象数学模型，分析负载扰动的影响；(3) 选择调节规律，并估算调节器参数；(4) 进行matlab仿真结果调整调节器参数，使得：初级仿真分析：在负载率分别为：10%、20%、50%、100%时，研究 系统对给定值的阶跃响应性能，并希望在负载率为10%时的超

3、调量小 于 40%。三、:学建模与调节器的参1、开关电源控制系统结构2、开关电路主回路的理想开关模型ui i c+ rlluo0 -dlx =x +l1 10lcrc3、可以建立状态空间平均模型和状态方程其中，4、传递函数局部线性化得到小信号模型，可以求解出状态变量与电压输入扰动和控制量 d （占空比）间的传递函数：il(s) 一 uio(cs + l/ r)为工作点处输入电压咖 lcs2+-s + 1 rd lcs2+-s + 1r5、pwm比较器输入：控制直流电平u，输出：占空比dpwmx（r>y n门厂i厂i门（b）鋸齿波us=kt, （k为鋸齿波上升段斜率），则 则传递函数为：6

4、、调节器（pid）的传递函数/1x+s7?./iv+sgpnlii/1x+7/n/+sii7；'二化二 r'f、matlab仿真分析1、负载率为10%时: r= = =12ql*c= * =2.25/107l/r= 1.04/10" 5则开关电路传递函数：uc(s)/d(s) =uic/lcs2+l*s/r+l=d_ 1 _丄_丄 pwm比较器传递函数："kt ur 5.1 故可得出 pid 参数：kp=8、ki=30、kd=0.1幵关电源的pid控制系统仿真电路:仿真结果:sa cppp as® s ®，2、负载率为20%时:16182

5、z224z6283r= = =6 ql*c= * =2.25/107l/r=2. 08/10"5则开关电路传递函数:uc(s)/d(s) =uic/lcs2+l*s/r+l=d 1 _丄_丄 pwm比较器传递函数："ur 5.1故可得出 pid 参数：kp=8、ki=30、kd=0.1 开关电源的pid控制系统仿真电路：o-morocirolhfoem0 000000224 000020131tr»astr cn仿真结果：曲豳e b凾趋 ippp ass e b3、负载率为50%时: r= = =2.4qix> * =2.25/107l/r=:5. 2/10

6、5则开关电路传递函数：uc(s)/d(s) =uic/lcs2+l*s/r+l=d_ _1 _丄_丄 pwm比较器传递函数："k*'t ur 5.1故可得出 pid 参数：kp=8、ki=30、kd=0.1sup开关电源的pid控制系统仿真电路：.仿真结果：3、负载率为100%时：r= = =1.2ql*c= * =2.25/107l/r二 10. 4/l(f5则开关电路传递函数：uc(s)/d(s) =uic/lcs2+l*s/r+l=d 1 _丄_丄pwm比较器传递函数："5.1故可得出 p1d 参数：kp=8、ki=3o、kd=o. 1开关电源的p1d控制系统

7、仿真电路：仿真结果:® a ip p p a is (3 5a 今® a ip p p a eats 5a 亏五、硬件电路原理图设计分析与元器件选择1、开关电源原理框图2、开关电源原理框图hmtui整流电路隔离变伍器开关输出轴助电源ac/dc3、硬件电路原理图设计分析与元器件选择1.半桥逆变与整流模块：则电容中点a的电压为输入电压的一半。当q1导通时，电容c2将通过q1、变压器初级绕 姐n1放电；同时，电容c1则通过输入电源、q1和t的原边绕纟 11 n1充电。屮点的电位在充、 放电过程中将按指数规律下降。在q1导通结束时，屮点的电位为1/2e-ae,且两只晶体管 全都截止

8、。两只电各和两只高压晶体管的集射极间的电压基本上相等，都接近于输入电源电 压的一半。相反q2导通时，c1放电、c2充电，屮点的电位将增至1/2e+ae,即该点电位 在开关过程中将在1/2e的电位上以土 ae的幅值进行指数变化。由此可见，在半桥式电路 屮，变压器初级线圈在整个周期屮都流过电流，磁心利用得更充分。变压器的变比n1/n2在此处取2:1。2.电压检测及输出接u模块outiufc4o.kifr375mjpir410m(5ttluf为尽量减少不必要的功耗，在电压反馈端的电阻尽fi取大的阻伉，这里反馈电压取iv;负载电肌接jp1端。3.电流检测控制模块电流检测根据题目要求，变压器二次侧最大电

9、流imax2=120/12=10a;由于变压器变比为2,设 过电流裕量为最大电流的10%，贝u: imax 1 = 1.1 *(n2/n 1 )*imax2=5.5a.设检测电阻r28阻 值为1欧姆，检测端电压ut=5.5v，同相输入端电压us，则：us =ut*r 19*r23/(r20+r23)*r 19+r17(r 19+r2o+r23);设基准电压 iv,则凑合确定参数得: r17=1k;r19=2k; r2o=1ok;r23=4k.4.pwm调制模块-5ivp wmii $|j根裾sg3525本身提供的高精度基准电压5.1v,在pid调节器反向输入端取基准电压lvo通过simulink仿真，我们采用pi调节，根据仿真效果，取参数kp=8，ki=30;根据 kp=r19/r18, ki=l/r18*c14;可得 pi 调节模拟器件的值：r19=5.1k r 18=750 q c14=470nf。pwm调制频率根据:500hz)姆。6.辅助电源模块 112v辅助电源采用lm2576-12v模块芯片直接转换 2>15v辅助电源采用lm2576-15v模块芯片直接转换5.半桥驱动模块>, pcb hss.i錳装證-lx .1 r拳底