推挽式DC-DC開關(guān)恒壓源的設(shè)計(jì))..doc

閩江學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 推挽式DC-DC開關(guān)恒壓源的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 120061007081 系 別 物理學(xué)與電子信息工程系 專 業(yè) 電子信息工程（2）班 指導(dǎo)老師 職 稱 講師 完成日期 2010年 4月 閩江學(xué)院本科畢業(yè)論文閩江學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明書本人鄭重聲明：茲提交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 推挽式DC-DC開關(guān)恒壓源的設(shè)計(jì) ，是本人在指導(dǎo)老師 沈耀國(guó) 的指導(dǎo)下獨(dú)立研究、撰寫的成果；論文（設(shè)計(jì)）未剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、思想和成果，未篡改研究數(shù)據(jù)，論文（設(shè)計(jì)）中所引用的文字、研究成果均已在論文（設(shè)計(jì)）中以明確的方式標(biāo)明；在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作過程中，本人恪守學(xué)術(shù)規(guī)范，遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，依法享有和承擔(dān)由此論文（設(shè)計(jì)）產(chǎn)生的權(quán)利和責(zé)任。聲明人（簽名）： 年 月 日摘 要開關(guān)電源作為一種新式的電源，具有體積小、質(zhì)量輕和節(jié)約能源等特點(diǎn)，逐漸在計(jì)算機(jī)，通信等方面得到廣泛的應(yīng)用。本文中介紹了開關(guān)電源的組成、分類和控制等方面，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率器件的迅速發(fā)展，將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平，使其具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性。在本設(shè)計(jì)中，開關(guān)電源是一種采用推挽式的高頻電源變換電路，主要組成有： PWM電路，這部分電路采用KA3525芯片，并通過輸出電壓的采樣電壓加在誤差放大器的反相輸入端桑實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓；推挽式變換器，實(shí)現(xiàn)DC-DC變換；整流濾波電路，通過整流濾波得到最終的穩(wěn)定無(wú)干擾的電壓；反饋補(bǔ)償電路，通過反饋電壓，以改變KA3525的輸出，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：推挽式；PWM；電源AbstractAs a new power source ,the switching power supply ,taking on such features as small volume、light weigh and economical energy, is used gradually and widely in computer and communication ,etc. The paper introduces the consistence, the classification and the control of the switching power supply ,with the development of power electronic technology, especially the rapid development of the high power compoments , the operating frequency of the switching power supply is enhanced to a realitive high level, owning such features as high stability and high performance-to-price.In this design, the switching power supply is one kind of push-pull the high frequency power source transfer network, the main composition includes: The PWM electric circuit, this part of electric circuits use the KA3525 chip, and adds through output voltages sampling voltage in the erroneous amplifiers opposition input end mulberry realizes the constant voltage; The push-pull converter, realizes the DC-DC transformation; The rectification filter circuit, obtains the final stable non-disturbance voltage through the rectification filter; Feedback compensation circuit. Changing the output KA3525 through to feedback voltage , thus output voltage is stability.Key words: push-pull; pulse width modulation; power supply目 錄1 緒 論11.1 開關(guān)電源的概況11.2 開關(guān)電源的組成11.3 開關(guān)電源設(shè)計(jì)中存在的問題31.4 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)42 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與選擇52.1 自激型推挽式變換器52.2 它激型推挽式變換器72.3 方案分析93 電路理論分析與設(shè)計(jì)103.1 基本原理框圖103.2 推挽式變換器103.3 它激型推挽式直流變換器中的PWM電路113.4 整流濾波電路123.5 反饋補(bǔ)償電路124 參數(shù)計(jì)算144.1 功率因數(shù)144.2 變壓器的設(shè)計(jì)144.3 整流二極管的型號(hào)和濾波電容，電感的計(jì)算154.4 輸出電壓的計(jì)算164.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)165 結(jié) 語(yǔ)16參考文獻(xiàn)18附 錄19致 謝20推挽式DC-DC開關(guān)恒壓源的設(shè)計(jì)1 緒 論為了推動(dòng)社會(huì)節(jié)約能源，提高能源利用效率，保護(hù)和改善環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)節(jié)能的電源越來越得到重視，同時(shí)也在飛躍的發(fā)展。具有輕便、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)的開關(guān)電源已逐漸體現(xiàn)出取代傳統(tǒng)電源的趨勢(shì)。由于推挽式開關(guān)電源的利用率較高，所以本文介紹了一種利用推挽式變換器設(shè)計(jì)的DC-DC高頻電源變換電路，以輸出恒定的電壓，供給電子產(chǎn)品使用。1.1 開關(guān)電源的概況開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。1.2 開關(guān)電源的組成第一部分是輸入電路，它包含有低通濾波和一次整流環(huán)節(jié)。220V交流電直接經(jīng)低通濾波橋式整流后得到未穩(wěn)壓的直流電壓Vi，此電壓送到第二部分進(jìn)行功率因數(shù)校正，其目的是提高功率因數(shù)，它的形式是保持輸入電流與輸入電壓同相。功率因數(shù)校正的方法有無(wú)源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩種。所謂有源功率因數(shù)校正，是指電源在校正過程中常采用三極管和集成電路。開關(guān)電源電路常采用有源功率因數(shù)校正。第三部分是功率轉(zhuǎn)換，它是由電子開關(guān)盒高頻變壓器來完成的，是把高功率因數(shù)的直流電壓變換成受到控制的、符合設(shè)計(jì)要求的高頻方波脈沖電壓。第四部分是輸出電路，用于將高頻方波脈沖電壓經(jīng)整流濾波后變成直流電壓輸出。第五部分是控制電路，輸出電壓經(jīng)過分壓、采樣后與電路的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大。第六部分是頻率振蕩發(fā)生器，它產(chǎn)生一種高頻波段信號(hào)，該信號(hào)疊加進(jìn)行脈寬調(diào)制，得到脈沖寬度可調(diào)。有了高頻振蕩才有電源變換，所以說開關(guān)電源實(shí)質(zhì)是電源變換1。 D=ton/T;D=toff/TtontoffT圖 1-1 占空比示意圖高頻電子開關(guān)是電能轉(zhuǎn)換的主要手段和方法。在一個(gè)電子開關(guān)周期（T）內(nèi)，電子開關(guān)的連通時(shí)間ton與一個(gè)電子周期所占時(shí)間之比，叫接通占空比（D），D=ton/T。 斷開時(shí)間toff所占T的比例稱為斷開占空比（D），D=toff / T。開關(guān)周期是開關(guān)頻率的倒數(shù)，T=1 / f。開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn):一是節(jié)能。綠色電源是開關(guān)電源中用途最為廣泛的電源，它的效率一般可以達(dá)到85%，質(zhì)量好的可以達(dá)到95%甚至更高，而鐵芯變壓器的效率只有70%或者更低。二是體積小，重量輕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，100W的鐵芯變壓器的質(zhì)量為1200g左右，體積達(dá)到350cm3 而100W的開關(guān)電源的重量只有250g。而且敞開式的電源更輕，體積不到鐵芯變壓器的1/4。三是開關(guān)電源具有各種保護(hù)功能，不易損壞。而其他的電源由于本身原因或使用不當(dāng)，發(fā)生短路或斷路的事故較多。四是改變輸出電流、電壓比較容易，且穩(wěn)定、可控。五是根據(jù)人們的需求，可設(shè)計(jì)出各種具有特殊功能的電源，以滿足人們的需要2。開關(guān)電源的分類目前開關(guān)電源的種類很多，從工作性質(zhì)來分，大體上可以分為“硬開關(guān)”和“軟開關(guān)”兩種。所謂硬開關(guān)，是指電子脈沖、外加控制信號(hào)強(qiáng)行對(duì)電子開關(guān)進(jìn)行“開”和“關(guān)”，而與電子開關(guān)自身流過的電流以及兩端施加的電壓無(wú)關(guān)。1.開關(guān)損耗大。開通時(shí)，開關(guān)器件的電流上升和電壓下降同時(shí)進(jìn)行；關(guān)斷時(shí)，電壓上升和電流下降同時(shí)進(jìn)行。電壓、電流波形的交疊產(chǎn)生了開關(guān)損耗，該損耗隨開關(guān)頻率的提高而急速增加。2.感性關(guān)斷電尖峰大。當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，電路的感性元件感應(yīng)出尖峰電壓，開關(guān)頻率愈高，關(guān)斷愈快，該感應(yīng)電壓愈高。此電壓加在開關(guān)器件兩端，易造成器件擊穿。3.容性開通電流尖峰大。當(dāng)開關(guān)器件在很高的電壓下開通時(shí)，儲(chǔ)存在開關(guān)器件結(jié)電容中的能量將以電流形式全部耗散在該器件內(nèi)。頻率愈高，開通電流尖峰愈大，從而引起器件過熱損壞。另外，二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)存在反向恢復(fù)期，開關(guān)管在此期間內(nèi)的開通動(dòng)作，易產(chǎn)生很大的沖擊電流。頻率愈高，該沖擊電流愈大，對(duì)器件的安全運(yùn)行造成危害。4.電磁干擾嚴(yán)重。隨著頻率提高，電路中的di/dt和dv/dt增大，從而導(dǎo)致電磁干擾（EMI）增大，影響整流器和周圍電子設(shè)備的工作。軟開關(guān)：上述問題嚴(yán)重阻礙了開關(guān)器件工作頻率的提高。近年來開展的軟開關(guān)技術(shù)研究為克服上述缺陷提供了一條有效的途徑。和硬開關(guān)工作不同，理想的軟關(guān)斷過程是電流先降到零，電壓在緩慢上升到斷態(tài)值，所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已下降到零，解決了感性關(guān)斷問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零，電流在緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零，器件結(jié)電容的電壓亦為零，解決了容性開通問題。同時(shí)，開通時(shí)，二極管反向恢復(fù)過程已經(jīng)結(jié)束，因此二極管方向恢復(fù)問題不存在3。DC/DC變換類型是開關(guān)電源變換的基本類型，它通過控制開關(guān)通、斷時(shí)間的比例，用電抗器與電容器上蓄積的能力對(duì)開關(guān)波形進(jìn)行微分平滑處理，從而更有效地調(diào)整脈沖的寬度及頻率。從輸入、輸出有無(wú)變壓器隔離來說，DC/DC變換分為有變壓器隔離和沒有變壓器隔離兩類。按激勵(lì)方式分，有自激式和他激式兩種。按諧振方式分，有串聯(lián)諧振式、并聯(lián)諧振式和串并聯(lián)諧振式；按能力傳遞方式分，有連續(xù)模式和不連續(xù)模式兩種。凡是以脈沖寬度來調(diào)制的電子開關(guān)變換器都叫PWM變換器。1.3 開關(guān)電源設(shè)計(jì)中存在的問題器件問題。電源控制集成度不高，這就影響了電源的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)對(duì)電源的體積和效率來說也是一個(gè)大問題。材料問題。開關(guān)電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管等都很笨重，也是耗能的主要根源。能源變換問題。按照習(xí)慣，變換有這樣幾種形式：AC/DC變換、DC/AC變換以及DC/DC變換等、實(shí)現(xiàn)這些變換都是以頻率為基礎(chǔ)，以改變電壓為目的，工藝復(fù)雜，控制難度大，始終難以形成大規(guī)模生產(chǎn)。軟件問題。開關(guān)電源的軟件開發(fā)目前只是剛剛起步，要真正做到功率轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)改善、全程自動(dòng)檢測(cè)控制實(shí)現(xiàn)軟件操作，目前還存在很大差距。生產(chǎn)工藝問題。往往在實(shí)驗(yàn)室中能達(dá)到相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但在生產(chǎn)商會(huì)出現(xiàn)各種問題。這些問題大多是焊接和元器件技術(shù)性能問題，還有生產(chǎn)工藝上的檢測(cè)、老化、粘結(jié)、環(huán)境等方面的因素4。1.4 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)未來的開關(guān)電源像一只茶杯的蓋子：它的工作頻率高達(dá)210MHz，效率達(dá)到95%，功率密度為3 6W/cm2,功率因數(shù)高到0.99，長(zhǎng)期使用完好，壽命在80000h以上。這就是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)。所謂高標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)未來開關(guān)電源的挑戰(zhàn)：第一，能不能全面通容電磁兼容性的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)志；第二，在企業(yè)里能不能大規(guī)模地、穩(wěn)定的生產(chǎn)，或快捷地進(jìn)行單項(xiàng)生產(chǎn)；第三，按照人們的需要，能不能組裝或拼裝大容量、高效率的電源；第四，能否使新的開關(guān)電源具有比運(yùn)行中的電器額定值更高的功率因素、更低的輸出電壓（13V）、更大的輸出電流（數(shù)百安）；第五，能不能實(shí)現(xiàn)更小的電源模板。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與選擇由于推挽式變壓器開關(guān)電源中的兩個(gè)控制開關(guān)K1和K2輪流交替工作，其輸出電壓波形非常對(duì)稱，并且開關(guān)電源在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性很好。推挽式變壓器開關(guān)電源是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源，它在輸入電壓很低的情況下，仍能維持很大的功率輸出，所以推挽式變壓器開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于低輸入電壓的DC/AC逆變器，或DC/DC轉(zhuǎn)換器電路中。故選用推挽式變換器作為設(shè)計(jì)方向。推挽式變換器設(shè)計(jì)有以下兩種方案。2.1 自激型推挽式變換器當(dāng)接通輸入直流電源電壓Ui后，就會(huì)在分壓器電阻R1上產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓通過功率開關(guān)變壓器的Nb1和Nb2兩個(gè)繞組分別加到兩個(gè)功率開關(guān)V1和V2的基極上。因?yàn)殡娐凡豢赡芡耆珜?duì)稱，所以總能使其中一個(gè)功率開關(guān)首先導(dǎo)通。假設(shè)是功率開關(guān)V1首先導(dǎo)通，那么功率開關(guān)V1集電極的電流Ic1流過功率開關(guān)變壓器初級(jí)繞組的二分之一（Np1），使功率開關(guān)變壓器的磁芯磁化，同事使其他的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其極性如圖所示。在基極繞組Nb2上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使功率開關(guān)V2的基極處于負(fù)電位的反向偏置而維持截止?fàn)顟B(tài)。在另一個(gè)基極繞組Nb1上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則使功率開關(guān)V1很快就達(dá)到飽和導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)幾乎全部的電源電壓Ui都加到了功率開關(guān)變壓器初級(jí)繞組的二分之一（Np1）上。繞組Np1中的電流以及由此電流所引起的磁通也會(huì)線性地增加。當(dāng)功率開關(guān)變壓器磁芯的磁通量接近或達(dá)到飽和值+s時(shí)，集電極的電流就會(huì)急劇地增大，形成一個(gè)尖峰，而磁通量的變化率接近零，因此功率開關(guān)變壓器的所有繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也接近于零。由于繞組Nb1兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)接近于零，于是功率開關(guān)V1的基極電流很減小，集電極電流開始下降，從而使所有繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反向。緊接著磁心的磁通脫離飽和狀態(tài)，這就發(fā)生了跟前面一樣的雪崩過程 ，促使功率開關(guān)V1很快進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，功率開關(guān)V2很快進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。這時(shí)幾乎全部的輸入直流電源電壓Ui又被加到功率開關(guān)變壓器的另一半繞組Np2上，使功率開關(guān)變壓器磁心的磁通直線下降，很快到達(dá)了反向的磁飽和值-s。此時(shí)，基極繞組Nb2的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)下降，再次引起正反饋，使功率開關(guān)V2脫離飽和狀態(tài)，然后轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)，而功率開關(guān)V1又裝換到飽和導(dǎo)通狀態(tài)。上述過程周而復(fù)始，這樣就在兩個(gè)功率開關(guān)V1和V2的集電極形成了方波電壓，從而在功率開關(guān)變壓器的次級(jí)繞組Ns上也就形成了方波電壓。將該繞組Ns上所形成的方波電壓經(jīng)過整流和濾波后，就形成了直流變換器的直流輸出電壓值，也就得到了我們所需要的開關(guān)穩(wěn)壓電源5。這種變換器電路正常工作時(shí)，各部分工作波形如圖2-3所示，磁心的磁通變化曲線如圖2-2所示。 Rb2Rb1T2T1NbR2Np1Np2Ns1Ns2C2R1Uo+-VD1UiR1R2+C1VD2圖2-1 自激型推挽式直流變壓器H-s+s0圖2-2 自激型推挽式直流變換器磁心的磁通變化曲線TonToffToffTon2Ui2UiUce2Uce1tt00Uce2Ui圖2-3 自激型推挽式直流變換器各部分的工作波形t0Ii100ttIi2+s-s2.2 它激型推挽式變換器它激型推挽式直流變換器電路實(shí)際上是由兩個(gè)單端正激式直流變換器電路組成的，只是它們工作時(shí)相位相反。在每一個(gè)工作周期內(nèi)，兩個(gè)功率開關(guān)輪換交替導(dǎo)通和截止，在各自導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，分別把輸入電源的能量傳輸給負(fù)載系統(tǒng)。基本的它激型推挽式治療變換器電路如圖3-4（a）所示，各點(diǎn)的工作波形如圖3-4（b）所示。從波形中，由于電路中使用了兩組功率開關(guān)和兩組整流二極管，因而流過每一組功率器件的平均電流就比等同的單端正激式直流變換器電路中的功率器件少了一半。另外，當(dāng)功率開關(guān)導(dǎo)通期間，輸出端的整流二極管也導(dǎo)通，把功率開關(guān)變壓器的初級(jí)能量傳輸給負(fù)載，與單端正激式直流變換器中的續(xù)流二極管作用相同6。它激型推挽式直流變換器電路的輸出電壓可以用下式計(jì)算： (2-1)+-PWM電路C2 +R1I1V1V2Uce2Uce1+C1UiVD1VD2Ivd2Ivd1T1L1（a）UiI1Ic1Uce1Ivd1Ivd2I0T/2（b）圖2-4 它激型推挽式直流變換器電流（a）基本電路；（b）各點(diǎn)工作波形2.3 方案分析自激型推挽式直流變換器所存在的缺點(diǎn)（1）功率開關(guān)集電極電流峰值由給定的基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓所決定，與負(fù)載的大小和輕重?zé)o關(guān)。因此，即使在輕載工作時(shí)，功率開關(guān)的工作電流也會(huì)使變換器的磁心飽和而產(chǎn)生很高的集電極峰值電流，使功率開關(guān)轉(zhuǎn)換期間的損耗增大。這樣一來即降低了轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率，又使紋波電壓和噪聲干擾增大。（2）電路容易產(chǎn)生不平衡。這是由于兩個(gè)功率開關(guān)的Hfe和Ube不一致或不對(duì)稱造成的。（3）自激型推挽式直流變換器電路中的功率開關(guān)變壓器磁心一般要用具有矩形磁滯回線和較高磁通密度的磁性材料，而這種磁性材料價(jià)格十分昂貴，導(dǎo)致了這種變換器的整體價(jià)格太高而不易普及和實(shí)用化。（4）在自激型推挽式直流變換器電路中，要求功率開關(guān)的電壓額定值至少必須是直流輸入電壓的兩倍。電網(wǎng)直接整流輸出的直流峰值電壓為:220V * 1.4 = 308V。橋式整流器的電壓降若近似為2V，考慮最壞情況下的安全設(shè)計(jì)，功率開關(guān)電壓就應(yīng)為輸入直流電壓的3.3倍，所以功率開關(guān)的額定電壓為：(308-2)*3.3=1009V,電壓額定值為1000V以上的功率開關(guān)，目前的價(jià)格十分昂貴，令人難以承受7。鑒于自激型推挽式直流變換器的種種缺點(diǎn)與昂貴的器件價(jià)格，故選用它激型推挽式變換器。3 電路理論分析與設(shè)計(jì)3.1 基本原理框圖變壓器整 流濾 波DC-DC變換器反饋電路RL控制電路220V ACU2=18VUi-Uo+圖3-1 原理框圖220V的交流電源通過變壓器，并經(jīng)整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓Ui，再通過DC-DC變換器得到恒定的輸出電壓Uo。輸出電壓經(jīng)過分壓、采樣后與電路的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，放大。最后由控制電路進(jìn)行脈寬調(diào)制以獲得持續(xù)穩(wěn)定的輸出電壓。3.2 推挽式變換器工作原理推挽電路是兩個(gè)參數(shù)相同的功率開關(guān)管，以推挽方式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周期的波形放大任務(wù)，電路工作時(shí)，兩只對(duì)稱的功率開關(guān)管，始終處于一個(gè)導(dǎo)通，一個(gè)截止的狀態(tài)。當(dāng)信號(hào)正半周到來時(shí)，由Q1功率開關(guān)管完成放大，當(dāng)負(fù)半周到來時(shí)，由Q2功率開關(guān)管完成放大。放大完成后，最后合成一個(gè)完整的信號(hào)。電路圖如圖3-2所示8。推挽式升壓原理根據(jù)變壓器得變壓比：變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2，N1為初級(jí)，N2為次級(jí)，在初級(jí)線圈上加一交流電壓，在次級(jí)線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)N2N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加得電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器；當(dāng)N2N1時(shí)，為降壓變壓器。圖3-2 推挽式電路3.3 它激型推挽式直流變換器中的PWM電路我們選用KA3525作為控制芯片，此IC具有振蕩器，利用改變RT與CT之值，就可以設(shè)定PWM的切換頻率；此外尚有兩組PWM輸出、軟啟動(dòng)及完全截止的功能，因此在電路設(shè)計(jì)上可大大降低硬件電路。KA3525采用電壓模式控制方法。占空比為0-100%，考慮到死區(qū)時(shí)間，最大占空比通常為90-95%。其采用分頻器，可以得到兩路互補(bǔ)的占空比分別為0-50%的PWM信號(hào)，同樣，考慮到死區(qū)時(shí)間的存在，最大占空比通常為45%-47.5%。這樣的PWM信號(hào)試用于半橋、全橋、推挽等雙端電路的控制1。具體電路如圖4-3所示。開環(huán)穩(wěn)壓:通過改變輸出PWM波的占空比，來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。在實(shí)際電路中，DA設(shè)定值接在誤差放大器的同相輸入端上，設(shè)定輸出電壓，輸出電壓的采樣電壓加在誤差放大器的反相輸入端上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長(zhǎng)，PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然9。圖3-3 PWM電路3.4 整流濾波電路如圖3-4所示，輸出為全橋整流，四個(gè)整流二極管均并上R、C，因?yàn)楫?dāng)輸入停止的時(shí)候，會(huì)有反動(dòng)電動(dòng)勢(shì)，四個(gè)電容起到消除非線性調(diào)制，濾除由于二極管非線性產(chǎn)生的高次諧波，對(duì)二極管進(jìn)行分流等作用。兩個(gè)電容分別濾除高頻和低頻干擾信號(hào)。圖3-4 整流濾波電路3.5 反饋補(bǔ)償電路為了確保輸出的穩(wěn)定，在+5V上引入反饋，采用2536V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL43l作為穩(wěn)壓器件。TL43l是德州儀器公司生產(chǎn)的一款有良好熱穩(wěn)定性的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓可用兩個(gè)電阻任意設(shè)置到Vref(25V)到36V范圍內(nèi)。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為02。用它來構(gòu)成外部誤差放大器，再與光耦組成隔離式反饋電路。為了將連續(xù)變化的輸出迅速反饋，需采用線性光耦，如PC817。PC817不僅可以起到反饋?zhàn)饔?，還可以起到隔離作用，當(dāng)PC817二極管正向電流在3mA左右變化時(shí)，三極管的集一射極電流在4mA左右變化，而集一射極電壓在很寬的范圍內(nèi)線性變化，因而比較符合SG3525的控制要求。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)R27、R28分壓后得到的取樣電壓，就與TL43l中的帶隙基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并在陰極上形成誤差電壓，使LED的工作電流發(fā)生變化，再通過光耦PC817去改變KA3525 1腳的電壓大小，從而改變9腳電流大小，最后調(diào)節(jié)，再通過光耦PC817使反饋電壓增大，KA3525的1腳輸入端電壓升高，經(jīng)KA3525內(nèi)部電路后ll、14腳的輸出占空比減小，使輸出電壓維持穩(wěn)定10。圖3-5 反饋補(bǔ)償電路4 參數(shù)計(jì)算4.1 功率因數(shù)工業(yè)上用各種程序控制電機(jī)、計(jì)量器具、顯示器等既有阻性負(fù)載、感性負(fù)載，又有容性負(fù)載。由于受到電抗的作用，發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電流往往滯后于交流電壓一定角度，即相位角不為零，就是說發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能不能完全被所有的用電設(shè)備完全利用，只有一部分電能被利用，而相當(dāng)一部分電能以磁場(chǎng)能的形式在發(fā)電機(jī)和用電設(shè)備之間往返變換而不能被釋放。這就是我們所說的“功率因數(shù)”11。線路功率因數(shù)為有功功率與視在功率之比，即： (4-1)式中：為線路功率因數(shù)，P為有功功率，S為視在功率。視在功率等于有效電壓Vrms和有效電流Irms的乘積: (4-2)4.2 變壓器的設(shè)計(jì)推挽變換器的高頻變壓器，原邊和副邊的繞組都分別有一個(gè)中心抽頭。磁心參數(shù)選擇如下：變壓器輸入電壓幅值Up1=24V，直流輸出電壓5V，串聯(lián)二極管串聯(lián)壓降取0.6V，所以次級(jí)繞組電壓幅值Up2取5.6V，最大工作比=0.45，次級(jí)繞組峰值電流Ip2=1 A，次級(jí)繞組電流有效值： （4-3） 初級(jí)繞組峰值電流： （4-4）初級(jí)電流有效值： （4-5）變壓器的輸出功率： （4-6）變壓器的計(jì)算功率： （4-7）(變壓器效率取為1，這個(gè)效率不包括整流二極管在內(nèi))，取工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=170mT，電流密度j取48Amm2，銅在磁心窗口中的占空系數(shù)Km(初選時(shí)取0203)，實(shí)際計(jì)算是取Km=02 5，則計(jì)算面積乘積 （4-8）取EEl6磁心，它的中心磁鐵截面積(Ae)192mm2，磁心的窗口面積(Aw)為3985mm2，因此EEl6的功率容量為AeAw=1923985mm4=00765cm4，而計(jì)算面積乘積AP=O029cm4，它明顯小于上面的功率容量的乘積00765，可見采用EEl6磁心時(shí)，其功率容量已足夠大。繞組匝數(shù)計(jì)算如下：先確定最低電壓繞組的匝數(shù) （4-9）取偶數(shù)N1=34，其中開關(guān)管最大導(dǎo)通時(shí)間Tcn=9s，控制器輸出頻率f=45kHZ。按照原邊34匝，副邊8匝繞制變壓器，在變壓器的繞制過程中，為了減少變壓器的漏感，要將原邊繞組和副邊繞組緊密耦合12。4.3 整流二極管的型號(hào)和濾波電容，電感的計(jì)算電源由24V、50Hz的直流電壓經(jīng)推挽式電路及變壓器降壓供電，要求輸出直流電壓為5V，電流為1A。（1）選擇整流二極管通過每只二極管的平均電流為： (4-10)有負(fù)載時(shí)的直流輸出電壓為： (4-11)故變壓器次級(jí)電壓有效值為： (4-12)每只二極管承受的最大反向電壓為： (4-13)根據(jù)和選擇二極管，查手冊(cè)，選取1N4007GP二極管4只（2）選擇濾波電容器由式 可得 (4-14)取標(biāo)稱值2200F；電容器耐壓為: (4-15)4.4 輸出電壓的計(jì)算它激型推挽式直流變換器電路的輸出電壓可用下式計(jì)算14： （4-16） 一般Dmax=0.4，這樣一來4.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)中記錄了不同負(fù)載下的輸出電壓值和不同輸入下輸出電壓值如表4-1和表4-2所示。表4-1 負(fù)載變化時(shí)的輸出電壓負(fù)載/5025105輸入電壓/V30303030輸入電流/mA19.739.298.7189.7負(fù)載電流值/A0.100.200.500.99輸出電壓值/V5.065045.014.97功率85.4%86.7%84.6%87.1%表4-2 輸入電壓與輸出電壓的比較輸入電壓值/V24283236輸出電壓值/V5.025.035.035.05從表4-1和表4-2可以看出，隨著負(fù)載的加重，輸出電壓有小量的降低，隨著輸入電壓的增加輸出電壓有小量的提升。但都基本維持在5V左右，負(fù)載調(diào)整率為，表明該系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓15。5 結(jié) 語(yǔ)介紹了一種自激型推挽式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)過程，該電路通過2個(gè)開關(guān)輪流導(dǎo)通和截止以實(shí)現(xiàn)直流電源的輸出，并通過KA3525控制占空比以得到所需的電壓。推挽式開關(guān)電源在整個(gè)工作周期內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，電壓輸出特性很好。推挽式變壓器開關(guān)電源是所有開關(guān)