畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-DC-DC變換器電路設(shè)計(jì)及仿真.doc

西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-1-目錄第一章緒論.21.1研究背景.21.2課題意義.2第二章DC-DC工作原理.32.1DC-DC變換的概念.32.2變換器的工作方式.32.3DC-DC變換器的基本電路圖及工作原理.3第三章整體方案以及電路的設(shè)計(jì).93.1設(shè)計(jì)要求.93.2方案論證.103.2.1設(shè)計(jì)思路.103.2.2方案論證.103.2.3總體電路圖設(shè)計(jì).113.3主要器件介紹.123.3.1SG3524芯片的簡介.12SG3524.133.3.2驅(qū)動模塊.14第四章電路裝配以及調(diào)試.154.1設(shè)計(jì)亮點(diǎn).154.2裝調(diào)心得.154.3調(diào)試過程中所遇到的問題：.154.4性能測試結(jié)果.164.4.1開關(guān)特性測試.16結(jié)束語.19致辭.20西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-2-第一章緒論1.1研究背景在人們的生活中，電力已成為與生產(chǎn)生活息息相關(guān)的一部分，在各個場合，人們都需要各式各樣的電力來為其服務(wù)，然而并不是所有的電力都能在一開始就能滿足需要，于是就要求有電力變換的過程。在電子設(shè)備領(lǐng)域中，通常將整流器稱為一次電源，而將DC/DC變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成安全的直流電源。目前，在電子設(shè)備中用的一次電源中，傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代，高頻開關(guān)電源通過MOSFET或IGBT實(shí)現(xiàn)高頻工作，開關(guān)頻率一般控制在50kHz100kHz范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。電子設(shè)備中所用的集成電路的種類繁多，其電源電壓也各不相同,在電子供電系統(tǒng)中，采用高功率密度的高頻DC/DC隔離電源模塊,從中間主線電壓變換成所需的各種直流電壓，可以大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝和增容非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上，對二次電源的要求是高功率密度。因?yàn)殡娮釉O(shè)備容量的不斷增加，其電源容量也將不斷增加。1.2課題意義(1)DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵、列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制具有加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約2030的電能。直流斬波器不僅能起到調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時還能起到有效抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。(2)DC/DC變換器是一種能高效實(shí)現(xiàn)直流到直流功率變換的混合集成功率器件，主要采用了高頻功率變換技術(shù)，即將直流電壓通過功率開關(guān)器件變換成高頻開關(guān)電壓，且輸入與輸出之間完全隔離。該產(chǎn)品主要應(yīng)用于航空、航天、通信、雷達(dá)、以及其他所有采用分布式供電體系的領(lǐng)域。(3)直流-直流變換器（DC/DC）廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，按額定功率的大小來劃分，DC/DC可分為750W以上、750W1W和1W以下3大類。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，DC/DC變換器在低功率范圍內(nèi)的增長率大幅度提高，其中6W25WDC/DC變換器的增長率最高，這是因?yàn)樗鼈兇罅坑糜谥绷鳒y量和測試設(shè)備、計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和軍事通訊系統(tǒng)。由于微處理器的高速化，DC/DC變換器由低功率向中功率方向發(fā)展是必然的趨勢，所以251W750W的DC/DC變換器的增長率也是較快的，這主要是它用于服務(wù)性的醫(yī)療和實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、遠(yuǎn)程通訊設(shè)備、多路通信及發(fā)送設(shè)備，DC/DC變換器在遠(yuǎn)程和數(shù)字通訊領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-3-第二章DC-DC工作原理2.1DC-DC變換的概念DC-DC變換即直流斬波，將直流電壓變成固定或可調(diào)的直流電壓。2.2變換器的工作方式變換器的工作方式分為以下五種:(1)正激變換器在Buck電路的開關(guān)管與續(xù)流二極管之間加入變壓隔離器便得到一個單端正激變換器。由于在開關(guān)管關(guān)斷時，電壓有尖刺，輸出電壓有紋波，故多在小功率場合得到應(yīng)用。(2)反激變換器是由Buck-Boost推演并加變壓隔離器后得到的。它的電路簡單，能夠高效提供直流輸出，因此在要求有多組直流輸出電壓時特別常用，它的缺點(diǎn)是關(guān)斷時電壓有尖刺，輸出紋波電壓過大，通常輸出功率在250W以下，電壓和負(fù)載調(diào)整率要求在5%-8%左右。(3)推挽變換器帶中心抽頭變壓器原邊兩組線圈輪流工作的線路一般稱為推挽線路。由于功率開關(guān)管電壓應(yīng)力兩倍與電源電壓sV，而且主變壓器原邊利用率也不如全橋、半橋那樣高，輸出電壓隨輸入電壓和負(fù)載變化而變化。但是在低輸入電壓（如48V）時，推挽電路比半橋或全橋優(yōu)越。因?yàn)槿魏螘r候最多只有一個開關(guān)元件工作，對于輸出相同功率，開關(guān)損耗比較小。所以推挽在低壓輸入的大功率變換器（1000W）得到廣泛應(yīng)用。(4)半橋式變換器由兩個電容器和兩個開關(guān)管組成兩個橋，橋的對角線接變壓器的原邊繞組，故稱半橋變換器。半橋式變換器減小了原邊開關(guān)管的電壓應(yīng)力，結(jié)構(gòu)簡單，功率器件少，所以在中小功率場合得到廣泛應(yīng)用。(5)全橋式變壓器主變壓器只需要一個原邊繞組，通過正、反向的電壓得到正、反向磁通，副邊有一個中心抽頭繞組采用全波整流輸出。因此變壓器鐵心和繞組的最佳利用，使效率、功率密度得到提高。功率開關(guān)在非常安全的情況下運(yùn)作。2.3DC-DC變換器的基本電路圖及工作原理直流斬波電路的主要是實(shí)現(xiàn)直流電能的變換，對直流電的電壓或電流進(jìn)行控制。按照輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系，可以分為六種不同的形式，分別為降壓斬波電路（BUCK）、升壓斬波電路（BOOST）、升降壓斬波電（BUCK-BOOST）、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。其中前兩種是最基本的電路，一下接受四種常見電路形式。西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-4-(1)降壓斬波電路斬波電路的典型用途之一是拖動直流電動機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載，兩種情況下負(fù)載中均會出現(xiàn)反電動勢，如圖3-1中Em所示。為使io連續(xù)且脈動小，通常使L值較大。數(shù)量關(guān)系電流連續(xù)時，負(fù)載電壓平均值（2-1）a導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū萓o最大為E，減小a，Uo隨之減小降壓斬波電路。也稱為Buck變換器。負(fù)載電流平均值I=Ud/R（2-2）電流斷續(xù)時，Uo平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)斬波電路三種控制方式a脈沖寬度調(diào)制（PWM）或脈沖調(diào)寬型T不變，調(diào)節(jié)ton，應(yīng)用最多b頻率調(diào)制或調(diào)頻型ton不變，改變Tc混合型ton和T都可調(diào)，使占空比改變西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-5-圖2-1降壓斬波電路的原理圖及波形a）電路圖b）電流連續(xù)時的波形c）電流斷續(xù)時的波形(2)升壓斬波電路升壓斬波電路的基本原理：西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-6-假設(shè)L值、C值很大，V通時，E向L充電，充電電流恒為I1，同時C的電壓向負(fù)載供電，因C值很大，輸出電壓Uo為恒值，記為Uo。設(shè)V通的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為EI1tonV斷時，E和L共同向C充電并向負(fù)載R供電。設(shè)V斷的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為（2-3）圖3-2升壓斬波電路及其工作波形a）電路圖b）波形穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等，得（2-4）輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路。也稱之為boost變換器進(jìn)一步分析：aL儲能之后具有使電壓泵升的作用b電容C可將輸出電壓保持住西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-7-(3)升降壓斬波電路設(shè)L值很大，C值也很大。使電感電流iL和電容電壓即負(fù)載電壓uo基本為恒值?；竟ぷ髟恚篤通時，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時電流為i1。同時，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。V斷時，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時間的積分為零，即（2-5）當(dāng)V處于通態(tài)期間，uL=E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL=-uo。于是：（2-6）所以輸出電壓為：（2-7）LL,IiC