隔离型DC-DC电源变换器设计任务书

1、课 程 设 计 报 告学 院：专业名称：学生姓名：班 级：指导教师：时 间： 本科课程设计报告课程设计任务书题目：隔离式DC-DC变换器设计（基于SG3525的双管电压模式正激开关变换器）一、设计内容1.了解saber仿真软件，并能利用saber仿真软件进行简单的设电路计2.学习双管电压模式正激开关变换器的组成、功能及其设计方法3.运用以SG3525为核心的电路结构产生PWM波，并使其控制主电路4. 设计反馈环，开关管的驱动电路等电路，二、进度要求第13天第46天 第79天 ；第 10 天 ；第1112天 整理材料，撰写课程设计报告。三、设计要求输入规范：电压：150Vdc，±6v转

2、化效率 ：0.85开关频率：200KHz输出规范：电压：15Vdc，±5%电流：50mA -2A ，纹波100mA输出功率：30Watts学 生邓飞指导教师李兵强正文一、课设预备知识1、双管电压模式正激开关变换器正激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正在被直流脉冲电压激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出。图1由于正激变换器的输出功率不像反激变换器那样受变压器储能的限制，因此输出功率较反激变换器大，但是正激变换器的开关电压应力高，为两倍输入电压，有时甚至超过两倍输入电压，过高的开关电压应力成为限制正激变换器容量继续增加的一个关键因素。为了降低开关的电压应力，可以采用双管正激变换

3、器，如图所示，同单管正激变换器相比，双管正激变换器在变换器的原边增加了一个开关管，并增加了两个二极管，这两个二极管一方面起着箝位的作用，将开关电压箝位在输入电压，另一方面为变压器去磁提供通路。图2为双管正激变换器主电路，其变压器二次侧电路和单管正激变换器一样，但一次绕组与S1、S2（两个开关晶体管）串联，S1、S2在PWM脉冲作用下同时导通或关断，在每个晶体开关管和一次绕组之间，各并联一个续流二极管VD1、VD2，使得S1、S2关断时，变压器储能有一个释放通路，经过VD1、VD2回馈到直流输入电源。因此双管正激变换器无需另加磁复位措施。VD1、VD2还起钳位作用，将S1、S2承受的电压钳位于输

4、入电压Vi。图22、SG3525SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。其性能特点如下： 1)工作电压范围宽： 835V。 2)内置51 V±10的基准电压源。 3)芯片内振荡器工作频率宽100Hz400 kHz。 4)具有振荡器外部同步功能。 5)死区时间可调。为了适应驱动快速场效应管的需要，末级采用推拉式工作电路， 使开关速度更陕，末级输出或吸入电流最大值可达400mA。 6)内设欠压

5、锁定电路。当输入电压小于8V时芯片内部锁定，停止工作(基准源及必要电路除外)，使消耗电流降至小于2mA。 7)有软启动电路。比较器的反相输入端即软启动控制端芯片的引脚8，可外接软启动电容。该电容器内部的基准电压Uref由恒流源供电，达到25V的时间为t=(25V50A)C，占空比由小到大(50)变化。 8)内置PWM(脉宽调制)。锁存器将比较器送来的所有的跳动和振荡信号消除。只有在下一个时钟周期才能重新置位，系统的可靠性高。SG3525结构框图及内部结构如下：图3图4SG3525引脚功能说明直流电源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，产生稳定的元器件作为

6、电源。振荡器脚5须外接电容CT，脚6须外接电阻RT。振荡器频率厂由外接电阻RT和电容CT决定，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输入端，比较器的反向输入端接误差放大器的输出，误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，输出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互补，交替输出高低电平，将PwM脉冲送至三极管VT1及VT2的基极，锯齿波的作用是加入死区时间，保证VT1及VT2不同时导通。最后，VTl及

7、VT2分别输出相位相差为180°的PWM波。二、电路设计1、功率电路参数设计1.1确定占空比和变压器匝比：正激变换器的基本关系式： Vout (Vin)(1 / n)(D) 式中Vout 为直流输出电压，n为变压器匝比且等于np / ns，D为占 空比。 根据Vout = 15V 和 Vin = 150 V. 正激变换器的占空比D必须小于0.5，其取值范围在00.5之间。本 例中，取D=0.3， 所以 1.2计算最大、最小和额定占空比图5图6 根据上述数据，可得如下功率电路图72、控制电路设计SG3525各引脚的接线情况如下：1）1脚与9脚通过电阻和电容连接起来，构成PI调节。16脚

8、为5.1V基准电压。2）2脚输入为通过电位器对5.1V基准电压分压作为参考电压，通过调节电位器即可调节输出地PWM波占空比。3）3、4脚可以不接。4）5脚和7脚短接作为放电回路，5脚输出为三角波，5脚接地电容和6脚的接地电阻确定PWM波的频率，其中5脚所接电容CT大小为10nF，6脚所接电阻RT大小为714欧，根据可得f=200KHz。5）8脚通过一电容接地。在芯片正常工作（有PWM波输出）时为低电平，接地即可，当输入为高电平时,禁止PWM波输出，可用此管脚设计过压保护电路。6）11和14脚每一路最大可输出占空比为50%的PWM波且二者为“非”的关系，选用11脚输出的PWM波作为中电路中开关管

9、的驱动信号7）13和15脚接+15V直流电源。所得控制电路如下图图83、PI调节电路为了使电路具有较好的动态和稳态性能，通过在SG3525的1、2、9管脚加入相应的PI调节环节，以使输出电压保持恒定值，原理图如下所示：图9选取系统的PID调节参数如控制电路图1、2和9脚连接所示。1脚和9脚之间接1nf电容和100K电位器，与后级电路反馈电阻100；2脚与地接1K电阻，与电源之间接10K电位器。4、双管电压模式正激电路开关变换器电路总图连接上述各图，可得设计的电路总图，如下所示图10三、仿真验证本设计中我们小组用saber软件对所设计电路进行仿真，结果如下SG3525中的振荡器产生的锯齿波如下图所示图11SG3525中11管脚输出的PWM波如下图121、 输入电压为150V，输出的电压及电流波形如下图132、 输入电压为最小值144