600W半桥型开关稳压电源设计...pdf

1600W600W 半桥型开关稳压电源设计半桥型开关稳压电源设计600W600W 半桥型开关稳压电源设计半桥型开关稳压电源设计摘摘 要要本次设计主要是设计一个本次设计主要是设计一个 600W600W 半桥型开关稳压电源，从而为负载供电。半桥型开关稳压电源，从而为负载供电。电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源本身消耗的子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源本身消耗的能量低，电源效率比普通线性稳压电源提高一倍，被广泛用于电子计能量低，电源效率比普通线性稳压电源提高一倍，被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。它的效率可达算机、通讯、家电等各个行业。它的效率可达 8585以上，稳压范围宽，以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。本文介绍了一种采用半桥电路的开关电源，其输入理想的稳压电源。本文介绍了一种采用半桥电路的开关电源，其输入电压为单相电压为单相 170170 260V260V，输出电压为直流，输出电压为直流 12V12V 恒定，最大电流恒定，最大电流 50A50A。从主电路的原理与主电路图的设计、控制电路器件的选取、保护电路从主电路的原理与主电路图的设计、控制电路器件的选取、保护电路方案的确定以及计算机仿真图形的绘制与波形分析等方面的研究。方案的确定以及计算机仿真图形的绘制与波形分析等方面的研究。关键词：半桥变换器；功率关键词：半桥变换器；功率 MOSMOS 管；脉宽调制；稳压电源；管；脉宽调制；稳压电源；第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 电力电子技术概况电力电子技术概况2电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术属于信息电子技术。电力电子技术是应用拟电子技术和数字电子技术属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控于电力领域的电子技术，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。目前所用的电力电子器件采用半导体制成，故称电力制的新兴学科。目前所用的电力电子器件采用半导体制成，故称电力半导体器件。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主半导体器件。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心，伴要用于电力变换。电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心，伴随变换技术和控制技术的发展而发展的。随变换技术和控制技术的发展而发展的。电力电子技术可以理解为功率强大，可供诸如电力系统那样大电流、电力电子技术可以理解为功率强大，可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比，其特殊之处高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比，其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下，器件发热、运行效率的问题。为了解决发热和效率问题，对于况下，器件发热、运行效率的问题。为了解决发热和效率问题，对于大功率的电子电路，器件的运行都采用开关方式。这种开关运行方式大功率的电子电路，器件的运行都采用开关方式。这种开关运行方式就是电力电子器件运行的特点。就是电力电子器件运行的特点。电力电子学这一名词是电力电子学这一名词是 2020 世纪世纪 6060 年代出现的，年代出现的，“电力电子学电力电子学”和和“电力电子技术电力电子技术”在内容上并没有很大的不同，只是分别从学术和工在内容上并没有很大的不同，只是分别从学术和工程技术这程技术这 2 2 个不同角度来称呼。电力电子学可以用图个不同角度来称呼。电力电子学可以用图 1 1 的倒三角形来的倒三角形来描述，可以认为电力电子学由电力学、电子学和控制理论这描述，可以认为电力电子学由电力学、电子学和控制理论这 3 3 个学科个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。电力电子技术与电子学的关系是显而易见的。电子学可分为电子器件电力电子技术与电子学的关系是显而易见的。电子学可分为电子器件和电子电路两大部分，它们分别与电力电子器件和电力电子电路相对和电子电路两大部分，它们分别与电力电子器件和电力电子电路相对应。从电子和电力电子的器件制造技术上进两者同根同源，从两种电应。从电子和电力电子的器件制造技术上进两者同根同源，从两种电3路的分析方法上讲也是一致的，只是两者应用的目的不同，前者用于路的分析方法上讲也是一致的，只是两者应用的目的不同，前者用于电力变换，后者用于信息处理。电力变换，后者用于信息处理。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。并对开关电源提今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。并对开关电源提出了小型轻量要求，此外要求开关电源效率要更高、性能更好、可靠出了小型轻量要求，此外要求开关电源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。当前，各国正在努力开新器件、新材料以及改进装连方法，性更高等。当前，各国正在努力开新器件、新材料以及改进装连方法，进一步提高效率，缩小体积，降低价格，以解决开关电源面临的课题。进一步提高效率，缩小体积，降低价格，以解决开关电源面临的课题。随着电力电子技术的不断创新，开关电源产业会有更广阔的发展前景。随着电力电子技术的不断创新，开关电源产业会有更广阔的发展前景。1.21.2 本文研究内容本文研究内容开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优于线性电源，因此已经开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优于线性电源，因此已经基本取代了线性电源，成为电子热备供电的主要电源形式，受到人们基本取代了线性电源，成为电子热备供电的主要电源形式，受到人们的青睐。采用先整流滤波、后经高频逆变得到高频交流电压，然后由的青睐。采用先整流滤波、后经高频逆变得到高频交流电压，然后由高频变压器降压、再整流滤波的方法。这种采用高频开关方式进行电高频变压器降压、再整流滤波的方法。这种采用高频开关方式进行电能变换的电源称为开关电源。随着电子技术和应用迅速地发展，开关能变换的电源称为开关电源。随着电子技术和应用迅速地发展，开关稳压电源的品种和类型也越来越多。按激励方式分为他激式和自激式；稳压电源的品种和类型也越来越多。按激励方式分为他激式和自激式；按调制方式分为脉宽调制型、频率调制型和混合调制型；按开关管电按调制方式分为脉宽调制型、频率调制型和混合调制型；按开关管电流的工作方式分开关型和谐振型；按开关晶体管的类型分为晶体管型流的工作方式分开关型和谐振型；按开关晶体管的类型分为晶体管型和可控硅型；按储能电感与负载的连接方式分为串联型和并联型；按和可控硅型；按储能电感与负载的连接方式分为串联型和并联型；按晶体管的连接方式分为单端式、推挽式、半桥式、全桥式。本文设计晶体管的连接方式分为单端式、推挽式、半桥式、全桥式。本文设计4了一种半桥型开关稳压电源，它具有驱动电路简单，驱动功率小，开了一种半桥型开关稳压电源，它具有驱动电路简单，驱动功率小，开关速度快，开关频率高等优点。具体设计技术参数如下：关速度快，开关频率高等优点。具体设计技术参数如下：1.1.输入电压单相输入电压单相 170260V170260V；2.2.输入交流电频率输入交流电频率 4565HZ4565HZ；3.3.输出直流电压输出直流电压 12V12V 恒定；恒定；4.4.输出直流电流输出直流电流 10A10A；5.5.最大功率：最大功率：120W120W；6.6.稳压精度：稳压精度：直流输出电压整定值的直流输出电压整定值的 1%1%；本文分别从以下几个方面进行了设计：本文分别从以下几个方面进行了设计：1.1.主电路设计；主电路设计；2.2.控制电路设计；控制电路设计；3.3.驱动电路设计；驱动电路设计；4.4.保护电路设计；保护电路设计；5.5.整体电路设计；整体电路设计；6.6.元器件型号的选择；元器件型号的选择；5 第第 2 2 章章 电路设计电路设计 2.12.1 稳稳压电源总体设计方案压电源总体设计方案开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。开关电源的基本构成如下图控制开关器件的占空比来调整输出电压。开关电源的基本构成如下图所示，其中所示，其中 DC/DCDC/DC 变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路（R1R1、R2R2）检测输出电压变化，与基准电压）检测输出电压变化，与基准电压 UrUr 比较，误差电压经过放比较，误差电压经过放大及脉宽调制（大及脉宽调制（PWMPWM）电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，）电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。具有一定的抗不平衡能力，对电从而达到调整输出电压大小的目的。具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可路对称性要求不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可以；开关管耐压要求较低；电路成本比全桥电路低等。这种电路常常以；开关管耐压要求较低；电路成本比全桥电路低等。这种电路常常被用于各种稳压输出的被用于各种稳压输出的 DCDC 变换器变换器DC/DCDC/DC6变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的 PWMPWM 变换器以及变换器以及工作波形为准正弦波的谐振型变换器。工作波形为准正弦波的谐振型变换器。图图 2.12.1 主体方框图主体方框图 随着电力电子技术的发展，电源技术被广泛应用于各个行业。对随着电力电子技术的发展，电源技术被广泛应用于各个行业。对电源的要求也各有不同。本次设计的是一种功率较大，的开关电源。电源的要求也各有不同。本次设计的是一种功率较大，的开关电源。设计采用了设计采用了 ACACDCDCACACDCDC 变换方案。一次整流后的直流电压，经变换方案。一次整流后的直流电压，经过有源功率因数校正环节以提高系统的功率因数，再经半桥变换电路过有源功率因数校正环节以提高系统的功率因数，再经半桥变换电路逆变后，由高频变压器隔离降压，最后整流输出直流电压。系统的主逆变后，由高频变压器隔离降压，最后整流输出直流电压。系统的主要环节为有源功率因数校正电路、要环节为有源功率因数校正电路、DCDCDCDC 电路、功率因数校正电路、电路、功率因数校正电路、PWMPWM 控制电路和保护电路等。采用控制电路和保护电路等。采用 UC3854AUC3854AB B 控制芯片组成功率因数控制芯片组成功率因数校正电路来提高功率因数，用新型的芯片校正电路来提高功率因数，用新型的芯片 UC3825UC3825 作为控制芯片来代替作为控制芯片来代替SG3525SG3525，不仅外围电路简单，而且具有有容差过压限流功能，还采用，不仅外围电路简单，而且具有有容差过压限流功能，还采用了新型了新型 IR2304IR2304 作为驱动芯片，动态响应快，且自带死区，防止半桥上作为驱动芯片，动态响应快，且自带死区，防止半桥上下管直通。下管直通。该电路用高速双路该电路用高速双路 PWMPWM 控制器控制器 UC3825UC3825 为控制芯片，功率为控制芯片，功率 MOSFETMOSFET 为开为开关器件而构成的推挽逆变器，逆变器输出关器件而构成的推挽逆变器，逆变器输出 经高频经高频 LCLC 滤波后输出滤波后输出 1MHz/100W1MHz/100W 正弦波功率信号。实验证明电路产生正弦波功率信号。实验证明电路产生的波形质量好，电路结构简单，控制方便，并具有体积小，效率高的的波形质量好，电路结构简单，控制方便，并具有体积小，效率高的特点。特点。7低频小功率信号源往往用线性功率放大电路，其电路比较简单，波形低频小功率信号源往往用线性功率放大电路，其电路比较简单，波形质量好，易于实现。质量好，易于实现。而对于高频、中大功率信号源用线性功率放大电路难而对于高频、中大功率信号源用线性功率放大电路难 以实现，特别是以实现，特别是对于要求对于要求 1MHz/100W1MHz/100W 正弦波功率信号源，采用线性功率放大电路，其正弦波功率信号源，采用线性功率放大电路，其电路结构复杂，调整困难，不易实现。而采用高速双路电路结构复杂，调整困难，不易实现。而采用高速双路 PWMPWM 控制器控制器UC3825UC3825 为控制芯片，功率为控制芯片，功率 MOSFETMOSFET 为开关器件，经为开关器件，经 LCLC 高频滤波，输出高频滤波，输出1MHz/100W1MHz/100W 正弦波功率信号源，其波形质量好，电路结构简单，体积小正弦波功率信号源，其波形质量好，电路结构简单，体积小 ，效率高，效率高2.22.2 具体电路设计具体电路设计 2.2.12.2.1 主电路设计主电路设计反激式电源一般用在反激式电源一般用在 100w100w 以下的电路，而本电源设计最大功率达到以下的电路，而本电源设计最大功率达到500w500w，额定电流为，额定电流为 10A10A 左右。在功率较大的高频开关电源中，常用的左右。在功率较大的高频开关电源中，常用的主变换电路有推挽电路、半桥电路、全桥电路等。其中推挽电路用的主变换电路有推挽电路、半桥电路、全桥电路等。其中推挽电路用的开关器件少，输出功率大，但开关管承受电压高开关器件少，输出功率大，但开关管承受电压高(为电源电压的为电源电压的 2 2 倍倍)，且变压器有且变压器有 6 6 个抽头，结构复杂；全桥电路开关管承受的电压不高，个抽头，结构复杂；全桥电路开关管承受的电压不高，输出功率大，但需要的开关器件多输出功率大，但需要的开关器件多(4(4 个个)，驱动电路复杂；半桥电路开，驱动电路复杂；半桥电路开关管承受的电压低，开关器件少，驱动简单。根据对各种拓扑方案的关管承受的电压低，开关器件少，驱动简单。根据对各种拓扑方案的电气性能以及成本等指标的综合比较，本电源选用半桥式电气性能以及成本等指标的综合比较，本电源选用半桥式 DCDCDCDC 变换变换器作为主电路。如图器作为主电路。如图 2.22.2 即为主电路图。即为主电路图。8 图图 2.22.2 主电路图主电路图图图 2.22.2 中中 S1S1、S2S2、C1C1、C2C2 和主变压器和主变压器 T1T1 构成了半桥构成了半桥 DCDCDCDC 变换电路。变换电路。MOSFETMOSFET 采用采用 11NC38011NC380。电路的工作频率为。电路的工作频率为 8080 kHzkHz。变压器采用。变压器采用 E55E55 的的铁氧体磁芯，无须加气隙。绕制时采用铁氧体磁芯，无须加气隙。绕制时采用“三段式三段式”绕法，以减小漏感。绕法，以减小漏感。R1R1 和和 R2R2 用以保证电容分压均匀，用以保证电容分压均匀，R3R3、C3C3 和和 R4R4、C4C4 为为 MOSMOS 管两端的吸管两端的吸收电路。收电路。C5C5 为隔直电容，用来阻断与不平衡伏秒值成正比的直流分量，为隔直电容，用来阻断与不平衡伏秒值成正比的直流分量，平衡开关管每次不相等的伏秒值。平衡开关管每次不相等的伏秒值。C5C5 采用优质采用优质 CBBCBB 无感电容。无感电容。CtCt 是电是电流互感器，作为电流控制时取样用。流互感器，作为电流控制时取样用。D3D3、D4D4 采用快恢复二极管，经过采用快恢复二极管，经过L1L1 和和 C6C6、C7C7 平波滤波后输出平波滤波后输出 OUT2OUT2 给控制芯片供电，给控制芯片供电，RsRs、R6R6 则是反馈则是反馈电压的采样电阻。主变压器的输出电压的采样电阻。主变压器的输出 OUT3OUT3 为高频低压交流电。如图为高频低压交流电。如图 2 2 所所示，反馈电压和输出电压同一绕组，样，可以在负载变化时最大限度示，反馈电压和输出电压同一绕组，样，可以在负载变化时最大限度地保证输出电压的稳定。后级可接一个或多个多路输出的变压器，然地保证输出电压的稳定。后级可接一个或多个多路输出的变压器，然9后通过整流电路整流，这样既能保证每路输出都是独立的，又可以得后通过整流电路整流，这样既能保证每路输出都是独立的，又可以得到任意大小的电压。故可满足到任意大小的电压。故可满足 DSPDSP 等需要多路不同电压供电且精度较等需要多路不同电压供电且精度较高的要求。高的要求。2.2.22.2.2 控制电路设计控制电路设计系统的控制电路采用高速双路的系统的控制电路采用高速双路的 PWMPWM 控制器控制器 UC3825UC3825，如图，如图 2.32.3 所示即所示即为所选电路，其内部电路主要由高频振荡器、为所选电路，其内部电路主要由高频振荡器、PWMPWM 比较器、限流比较器、比较器、限流比较器、过流比较器、基准电压源、故障锁存器、软启动电路、欠压锁定、过流比较器、基准电压源、故障锁存器、软启动电路、欠压锁定、PWMPWM锁存器、输出驱动器等组成。它比锁存器、输出驱动器等组成。它比 SG3525SG3525 具有以下优点：具有以下优点：1)1)改进了振荡电路，提高了振荡频率的精度，并且具有更精确的死区改进了振荡电路，提高了振荡频率的精度，并且具有更精确的死区控制；控制；2)2)具有限流控制功能，且门槛电流有具有限流控制功能，且门槛电流有 5 5的容差；的容差；3)3)低启动电流低启动电流(100MA)(100MA)；4)UC38254)UC3825 关断比较器是一个高速的过流比较器，它具有关断比较器是一个高速的过流比较器，它具有 1 12v2v 的门槛的门槛值，保证芯片重新启动前软启动电容完全放电，在超过门槛值时，输值，保证芯片重新启动前软启动电容完全放电，在超过门槛值时，输出为低电平状态，防止上下桥臂同时导通而引起短路。下图为主电路出为低电平状态，防止上下桥臂同时导通而引起短路。下图为主电路的控制电路的控制电路前级的前级的 R808R808 和和 R809R809 与稳压管构成一个启动电路，触发与稳压管构成一个启动电路，触发 UC3825UC3825 开始工开始工作后，由反馈输出作后，由反馈输出 OUT1OUT1 自供电。自供电。PWMPWM 的调制波由的调制波由 R1R1 和和 CTCT 振荡产生，振荡产生，RTRT、CTCT 一般按式一般按式(1)(1)及式及式(2)(2)选取。选取。RT=3V/RT=3V/（10mA10mA）*(1-Dmax)*(1-Dmax)(1)(1)10CT=(1.6*Dmax)/(Rt*f)CT=(1.6*Dmax)/(Rt*f)(2)(2)式中：式中：f=80kHzf=80kHz，为所取的频率，为所取的频率脚脚 1(INV)1(INV)、脚、脚 2(E2(EA)A)和脚和脚 3(HI)3(HI)构成一误差放大器，做为电压反馈用，构成一误差放大器，做为电压反馈用，脚脚 9(ILIM)9(ILIM)为限流，脚为限流，脚 8(SS)8(SS)为软启动，脚为软启动，脚 11(0UTA)11(0UTA)及脚及脚 14(0UTB)14(0UTB)为为输出驱动信号。从图中可看出，输出驱动信号。从图中可看出，UC3825UC3825 功能比较全，外围电路简单，功能比较全，外围电路简单，可有效减少可有效减少 PCBPCB 的布线与外围元器件，提高了系统的可靠性。的布线与外围元器件，提高了系统的可靠性。图图 2.32.3 高速双路高速双路 PWMPWM 控制器控制器 UC3825UC3825 电路图电路图2.2.32.2.3 驱动电路设计驱动电路设计MOSFETMOSFET 的驱动可采用脉冲变压器，它具有体积小，价格低的优点，但的驱动可采用脉冲变压器，它具有体积小，价格低的优点，但直接驱动时，脉冲的前沿与后沿不够陡，影响直接驱动时，脉冲的前沿与后沿不够陡，影响 MOSFETMOSFET 的开关速度。在的开关速度。在此，采用了此，采用了 IR2304IR2304 芯片，它是芯片，它是 IRIR 公司新推出的多功能公司新推出的多功能 600v600v 高端及低高端及低端驱动集成电路，它具有以下优点。端驱动集成电路，它具有以下优点。111)1)芯片体积小芯片体积小(DIP8)(DIP8)，集成度高，集成度高(可同时驱动同一桥臂的上、下两只开可同时驱动同一桥臂的上、下两只开关器件关器件)。2)2)动态响应快，通断延迟时间动态响应快，通断延迟时间 220220220220 ns(ns(典型值典型值)、内部死区时间、内部死区时间1000ns1000ns、匹配延迟时间、匹配延迟时间 50ns50ns。3)3)驱动能力强，可驱动驱动能力强，可驱动 600v600v 主电路系统，具有主电路系统，具有 6161 mAmA130mA130mA 输出驱输出驱动能力，栅极驱动输入电压宽达动能力，栅极驱动输入电压宽达 101020V20V。4)4)工作频率高，可支持工作频率高，可支持 100100 kHzkHz 或以下的高频开关。或以下的高频开关。5)5)输入输出同相设计，提供高端和低端独立控制驱动输出，可通过两输入输出同相设计，提供高端和低端独立控制驱动输出，可通过两个兼容个兼容 3 33v3v、5v5v 和和 15v15v 输入逻辑的独立输入逻辑的独立 CMOSCMOS 或或 LSTFLLSTFL 输入来控制，输入来控制，为设计带来了很大的灵活性。为设计带来了很大的灵活性。6)6)低功耗设计，坚固耐用且防噪效能高。低功耗设计，坚固耐用且防噪效能高。IR2304IR2304 采用高压集成电路技采用高压集成电路技术，整合设计既降低成本和简化电路，又降低设计风险和节省电路板术，整合设计既降低成本和简化电路，又降低设计风险和节省电路板的空间，相比于其它分立式、脉冲变压器及光耦解决方案，的空间，相比于其它分立式、脉冲变压器及光耦解决方案，IR2304IR2304 更更能节省组件数量和空间，并提高可靠性。能节省组件数量和空间，并提高可靠性。7)7)具有电源欠压保护和关断逻辑，具有电源欠压保护和关断逻辑，IR2304IR2304 有两个非倒相输入及交叉传有两个非倒相输入及交叉传导保护功能，整合了专为驱动电机的半桥导保护功能，整合了专为驱动电机的半桥 MOSFETMOSFET 或或 IGBTIGBT 电路而设的电路而设的保护功能。当电源电压降至保护功能。当电源电压降至 4 47v7v 以下时，欠压锁定以下时，欠压锁定(UVL0)(UVL0)功能会立功能会立即关掉两个输出，以防止直通电流及器件故障。当电源电压大于即关掉两个输出，以防止直通电流及器件故障。当电源电压大于 5v5v 时时则会释放输出则会释放输出(综合滞后一般为综合滞后一般为 0.3v)0.3v)。过压。过压(HVIC)(HVIC)及防闭锁及防闭锁 CMOSCMOS 技术技术使使 IR2304IR2304 非常坚固耐用。另外，非常坚固耐用。另外，IR2304IR2304 还配备有大脉冲电流缓冲级，还配备有大脉冲电流缓冲级，可将交叉传导减至最低；同时采用具有下拉功能的施密特可将交叉传导减至最低；同时采用具有下拉功能的施密特(Sohmill)(Sohmill)触触发式输入设计，可有效隔绝噪音，以防止器件意外开通。发式输入设计，可有效隔绝噪音，以防止器件意外开通。12如下图所示为如下图所示为 IR2304IR2304 的连线图的连线图图图 2.42.4 驱动电路图驱动电路图可以看出，可以看出，IR2304IR2304 具有连线简单，外围元器件少的优点。其中具有连线简单，外围元器件少的优点。其中 VCCVCC 由由主电路中主电路中 OUTOUT 自供电，自供电，LINLIN 和和 HINHIN 分别接分别接 UC3825UC3825 的两个输出端，的两个输出端，VDVD 要要采用快恢复二极管，采用快恢复二极管，C1C1 为滤电容，为滤电容，C2C2 为自举电容，最好采用性能好的为自举电容，最好采用性能好的钽电容，钽电容，R1R1 和和 R2R2 为限流电阻。为限流电阻。2.2.42.2.4 保护电路设计保护电路设计对于对于 DCDCDCDC 电源产品都要求在出现异常情况电源产品都要求在出现异常情况(如过流、过载如过流、过载)时，系统时，系统的保护电路工作，使变换器及时停止工作。的保护电路工作，使变换器及时停止工作。UC3825UC3825 的保护电路设计也的保护电路设计也比较简单，如图比较简单，如图 2.52.5 所示。所示。13通过电流互感器得到的采样电流，经过转换后送到通过电流互感器得到的采样电流，经过转换后送到 UC3825UC3825 脚脚 9(ILJIM)9(ILJIM)，当电流超过预定值时，当电流超过预定值时，UC3825UC3825 自动封锁输出脉冲，起到保护作用自动封锁输出脉冲，起到保护作用图图 2.52.5 保护电路保护电路2.2.52.2.5 整体电路设计整体电路设计 为了提高系统的功率因数，整流环节不能采用二极管整流，采用了为了提高系统的功率因数，整流环节不能采用二极管整流，采用了UC3854AUC3854AB B 控制芯片组成功率因数校正电路。控制芯片组成功率因数校正电路。UC3854AUC3854ABUnitrodeBUnitrode 公公司一种新的高功率因数校正器集成控制电路芯片，是在司一种新的高功率因数校正器集成控制电路芯片，是在 UC3854UC3854 基础上基础上的改进，其特点是采用平均电流控制，功率因数接近的改进，其特点是采用平均电流控制，功率因数接近 1 1，高带宽，限制，高带宽，限制电网电流失真电网电流失真33。图。图 2.62.6 是由是由 UC3854AUC3854AB B 控制的有源功率因数校控制的有源功率因数校正电路。正电路。14图图 2.62.6 整体电路图整体电路图该电路由两部分组成。该电路由两部分组成。UC3854AUC3854AB B 及外围元器件构成控制部分，实现及外围元器件构成控制部分，实现对网侧输入电流和输出电压的控制。功率部分由对网侧输入电流和输出电压的控制。功率部分由 L2L2，CsCs，S S 等元器件等元器件构成构成 BoostBoost 升压电路。开关管升压电路。开关管 S S 选择西门康公司的选择西门康公司的 SKM75GBl23DSKM75GBl23D 模块，模块，其工作频率选在其工作频率选在 3535 kHzkHz。升压电感。升压电感 L2L2 为为 2mH2mH20A20A。C5C5 采用两个采用两个450V450V470F470F 的电解电容并联。为了提高电路在功率较小时的效率，的电解电容并联。为了提高电路在功率较小时的效率，所设计的所设计的 PFCPFC 电路在轻载时不进行功率因数校正，当负载较大时功率电路在轻载时不进行功率因数校正，当负载较大时功率因数校正电路自动投入使用。此部分控制由图因数校正电路自动投入使用。此部分控制由图 1 1 中的比较器部分来实中的比较器部分来实现。现。R10R10 及及 R11R11 是负载检测电阻。当负载较轻时，是负载检测电阻。当负载较轻时，R10R10 及及 R11R11 上检测的上检测的信号输入给比较器，使其输出端为低电平，信号输入给比较器，使其输出端为低电平，D5D5 导通，给导通，给 ENA(ENA(使能端使能端)低电平使低电平使 UC3854AUC3854AB B 封锁。在负载较大时封锁。在负载较大时 ENAENA 为高电平才让为高电平才让15UC3854AUC3854AB B 工作。工作。D6D6 接到接到 SS(SS(软启动端软启动端)，在负载轻时，在负载轻时 D6D6 导通，使导通，使 SSSS为低电平；当负载增大要求为低电平；当负载增大要求 UC3854AUC3854AB B 工作时，工作时，SSSS 端电位从零缓慢升端电位从零缓慢升高，控制输出脉冲占空比慢慢增大实现软启动。如图高，控制输出脉冲占空比慢慢增大实现软启动。如图 2.72.7 中各图所示中各图所示即为各种元件在电路中的波形。即为各种元件在电路中的波形。图图 2.72.7 各种元件的波形图各种元件的波形图2.32.3 元器件型号选择元器件型号选择1.1.输入整流二极管的选择输入整流二极管的选择设输入交流电压为：设输入交流电压为：则经过桥式整流后的平均电压为：则经过桥式整流后的平均电压为：16二极管两端承受的最大反相电压为：二极管两端承受的最大反相电压为：所以根据实际情况即可选择整流二极管：所以根据实际情况即可选择整流二极管：IN4005IN4005 600V/1A600V/1A2.2.变压器的设计变压器的设计（1 1）变比）变比 K KT T选最大占空比为选最大占空比为 0.850.85，电路中压降，电路中压降 U=2VU=2V，半桥式电路变压器原边绕，半桥式电路变压器原边绕组所加电压等于输入电压的一半即组所加电压等于输入电压的一半即 U Ui i（minmin）=98V=98V则根据公式则根据公式:（2 2）铁心的选择）铁心的选择A Ae e为铁心磁路截面积；为铁心磁路截面积；A Aw w为铁心窗口面积；为铁心窗口面积；P PT T为变压器传输的功率；为变压器传输的功率；f fs s为开关频率；为开关频率；BB 为铁心材料所允许的最大磁通密度的变化范围；为铁心材料所允许的最大磁通密度的变化范围；d dc c为变压器绕组导体的电流密度；为变压器绕组导体的电流密度；k kc c为绕组在铁心窗口中的填充因数。为绕组在铁心窗口中的填充因数。若铁心材料为铁氧体则若铁心材料为铁氧体则 B=0.2TB=0.2T，d dc c=4A/mm=4A/mm，k kc c=0.5=0.5。根据。根据 SG3525SG3525的控制选择开关频率为的控制选择开关频率为 100HZ100HZ。根据公式。根据公式:根据具体情况可选择型号为根据具体情况可选择型号为 DE25DE25 的铁心则的铁心则A Ae e=40.00mm=40.00mm，A Aw w=78.2mm=78.2mm，A Ae e *A*Aw=w=31283128 可以满足要求。可以满足要求。（3 3）变压器的绕组结构设计：由于铁磁材料的相对磁导率）变压器的绕组结构设计：由于铁磁材料的相对磁导率 r r很大，很大，因此励磁电感通常也较大。如果铁心未夹紧，磁路中有气隙，则励磁因此励磁电感通常也较大。如果铁心未夹紧，磁路中有气隙，则励磁电感会急剧下降，励磁电流成倍增加，导致变压器性能严重劣化。变电感会急剧下降，励磁电流成倍增加，导致变压器性能严重劣化。变17压器的压器的漏感同一次、二漏感同一次、二次绕组次绕组互相耦合的紧密程度密切相关，耦合不够紧，则漏感会增加。漏感对互相耦合的紧密程度密切相关，耦合不够紧，则漏感会增加。漏感对电路工作带来的影响主要是负面的，给开关器件造成过电压、形成较电路工作带来的影响主要是负面的，给开关器件造成过电压、形成较大的损耗，过大的漏感还会造成占空比的损失。因此变压器的设计应大的损耗，过大的漏感还会造成占空比的损失。因此变压器的设计应尽量减小漏感。减小漏感的办法主要是提高一次、二次绕组耦合的紧尽量减小漏感。减小漏感的办法主要是提高一次、二次绕组耦合的紧密程度，如采用间隔绕组等。密程度，如采用间隔绕组等。3.3.输出滤波电感的设计输出滤波电感的设计II 为允许的电感电流最大纹波峰峰值，取最大输出电流的为允许的电感电流最大纹波峰峰值，取最大输出电流的 20%20%即即 2A2A。根据公式电感量为根据公式电感量为选定电感铁心：选定电感铁心：I I1 1=10+10*20%*0.5=11A=10+10*20%*0.5=11A4.4.输出滤波电容的设计输出滤波电容的设计根据标准，输出电压的峰峰值根据标准，输出电压的峰峰值 VVoppopp200mV200mV，考虑到功率开关管开关和，考虑到功率开关管开关和输出整流二极管开关时造成的电压尖峰以及直流电压残留的输出整流二极管开关时造成的电压尖峰以及直流电压残留的 100HZ100HZ 纹纹波，可令输出电压的交流纹波为波，可令输出电压的交流纹波为 VVoppopp=50mV=50mV，U=2VU=2V，根据公式，根据公式根据具体情况可以选择两个根据具体情况可以选择两个 4.7F/25V4.7F/25V 铝电解电容并联使用。铝电解电容并联使用。5.5.功率管的选择功率管的选择额定电压额定电压18考虑到功率器件的开关速度和驱动电路的简洁，本电源拟选用考虑到功率器件的开关速度和驱动电路的简洁，本电源拟选用 MOSFETMOSFET作为功率开关管来构成半桥电路。作为功率开关管来构成半桥电路。整流滤波后的最大电压值为整流滤波后的最大电压值为 368V368V，功率开关管的额定电压一般要求高，功率开关管的额定电压一般要求高于直流电压的两倍，则功率开关管的额定电压选为于直流电压的两倍，则功率开关管的额定电压选为 800V800V。额定电流额定电流输出滤波电感电流的最大值为输出滤波电感电流的最大值为 11A11A，那么变压器原边电流最大值为，那么变压器原边电流最大值为11A/6=1.8A11A/6=1.8A，这也是功率开关管中流过的最大电流。考虑到，这也是功率开关管中流过的最大电流。考虑到 2 2 倍余量倍余量2*1.8A=3.6A2*1.8A=3.6A。根据实际情况选择根据实际情况选择 IRFBE30IRFBE30，其参数为，其参数为 800V/4.1A800V/4.1A。6.6.变压器二次侧整流二极管的设计变压器二次侧整流二极管的设计（1 1）额定电压）额定电压变压器副边是双半波整流电路，加在整流二极管上的反相电压为变压器副边是双半波整流电路，加在整流二极管上的反相电压为在整流管开关时，有一定的电压震荡，因此要考虑在整流管开关时，有一定的电压震荡，因此要考虑 2 2 倍余量，可以选倍余量，可以选用用 2*123V=246V2*123V=246V 的整流管。的整流管。（2 2）额定电流）额定电流19在双半波整流电路中，在一个开关周期内，整流在双半波整流电路中，在一个开关周期内，整流管的开关情况是：当变压器副边有电压时，只有管的开关情况是：当变压器副边有电压时，只有一个整流管导通；当变压器副边电压为零时，两个整流管同时导通，一个整流管导通；当变压器副边电压为零时，两个整流管同时导通，可近似认为它们流过的电流相等，即为平均负载电流的一半，可近似可近似认为它们流过的电流相等，即为平均负载电流的一半，可近似计算整流管的电流为：计算整流管的电流为：整流管中流过的最大电流：整流管中流过的最大电流：第第 3 3 章章 课程设计总结课程设计总结直流稳压电源是工农业设备、仪器仪表、实验室广泛应用的一种电源，直流稳压电源是工农业设备、仪器仪表、实验室广泛应用的一种电源，研制高效率、稳定性好的稳压电源是人们一直追求的目标。近年来由研制高效率、稳定性好的稳压电源是人们一直追求的目标。近年来由于全控型、高频电力电子半导体器件和于全控型、高频电力电子半导体器件和 PWMPWM 控制技术已发展到非常高控制技术已发展到非常高水平水平,从而实现开关稳压电源小型化、轻量化、高效率、高精度等优从而实现开关稳压电源小型化、轻量化、高效率、高精度等优势势,并在很多方面取代传统的调整式直流稳压电源。高频开关稳