光隔型DCDC開關電源穩(wěn)壓系統(tǒng)設計

1、綜合課程設計報告題目光隔型DC/DC開關電源穩(wěn)壓系統(tǒng)設計學院 專業(yè) 班級 學號 學生姓名 指導教師 張衛(wèi)、孟明完成日期 2016-05-28課程設計目的（一）加強工程實踐能力鍛煉（二）培養(yǎng)知識綜合運用能力本課程設計的重點是圍繞著控制系統(tǒng)的建模、分析、校正（確定調節(jié)律）及系統(tǒng)的實現(xiàn)技術等環(huán)節(jié)進行，著重培養(yǎng)學生具有綜合運用已學的自動控制原理、模擬電子、數(shù)字電子、電力電子技術及控制系統(tǒng)MATLAB仿真等知識，分析、設計簡單控制系統(tǒng)的初步能力，并具有運用EDA軟件Protel99se或DXP，規(guī)范地繪制電路原理圖的基本能力。二、課程設計題目與要求1、題目：光隔型DC/DC開關電源穩(wěn)壓系統(tǒng)設計主要參數(shù)：

2、輸入：24VDC（允許的波動范圍1030VDC）；輸出：12VDC；額定功率：120W；負載率：（10-100）%；其他：調制頻率25KHz； L=125H、C=1800F主電路方案：半橋式（MOSFET） 2、設計要求：（1）確立主電路，并用Protel99se/DXP進行規(guī)范的繪制；（2）建立系統(tǒng)的對象數(shù)學模型，分析負載擾動的影響；（3）選擇調節(jié)規(guī)律，并估算調節(jié)器參數(shù)；（4）進行MATLAB仿真結果調整調節(jié)器參數(shù)，使得：初級仿真分析：在負載率分別為：10%、20%、50%、100%時，研究系統(tǒng)對給定值的階躍響應性能，并希望在負載率為10%時的超調量小于40%。三、數(shù)學建模與調節(jié)器的參數(shù)1、

3、開關電源控制系統(tǒng)結構2、開關電路主回路的理想開關模型3、可以建立狀態(tài)空間平均模型和狀態(tài)方程其中，其中，4、傳遞函數(shù)局部線性化得到小信號模型，可以求解出狀態(tài)變量與電壓輸入擾動和控制量d（占空比）間的傳遞函數(shù)：為工作點處輸入電壓值為工作點處輸入電壓值5、PWM比較器輸入：控制直流電平u，輸出：占空比d鋸齒波Us=KT，（K為鋸齒波上升段斜率），則 則傳遞函數(shù)為：6、調節(jié)器（PID）的傳遞函數(shù)其中， 四、MATLAB仿真分析1、負載率為10%時：R= = =12L*C= * =2.25/107L/R=1.04/105則開關電路傳遞函數(shù)：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1=PWM比

4、較器傳遞函數(shù)：故可得出PID參數(shù)：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1開關電源的PID控制系統(tǒng)仿真電路：仿真結果:2、負載率為20%時：R= = =6L*C= * =2.25/107L/R=2.08/105則開關電路傳遞函數(shù)：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1=PWM比較器傳遞函數(shù)：故可得出PID參數(shù)：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1開關電源的PID控制系統(tǒng)仿真電路：仿真結果：3、負載率為50%時：R= = =2.4L*C= * =2.25/107L/R=5.2/105則開關電路傳遞函數(shù)：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1=PWM比較器傳遞函數(shù)：故可

5、得出PID參數(shù)：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1開關電源的PID控制系統(tǒng)仿真電路：仿真結果：3、負載率為100%時：R= = =1.2L*C= * =2.25/107L/R=10.4/105則開關電路傳遞函數(shù)：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1=PWM比較器傳遞函數(shù)：故可得出PID參數(shù)：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1開關電源的PID控制系統(tǒng)仿真電路：仿真結果：五、硬件電路原理圖設計分析與元器件選擇1、開關電源原理框圖2、開關電源原理框圖3、硬件電路原理圖設計分析與元器件選擇1.半橋逆變與整流模塊： 半橋逆變的工作原理為：當兩只晶體管都截止時，若兩只電容的容量相等且

6、電路對稱，則電容中點A的電壓為輸入電壓的一半。當Q1導通時，電容C2將通過Q1、變壓器初級繞組N1放電；同時，電容C1則通過輸入電源、Ql和T的原邊繞組Nl充電。中點的電位在充、放電過程中將按指數(shù)規(guī)律下降。在Ql導通結束時，中點的電位為1/2E-E，且兩只晶體管全都截止。兩只電容和兩只高壓晶體管的集射極間的電壓基本上相等，都接近于輸入電源電壓的一半。相反Q2導通時，C1放電、C2充電，中點的電位將增至1/2E+E，即該點電位在開關過程中將在1/2E的電位上以E的幅值進行指數(shù)變化。由此可見，在半橋式電路中，變壓器初級線圈在整個周期中都流過電流，磁心利用得更充分。變壓器的變比N1/N2在此處取2:

7、1。2.電壓檢測及輸出接口模塊為盡量減少不必要的功耗，在電壓反饋端的電阻盡量取大的阻值，這里反饋電壓取1V；負載電阻接JP1端。3.電流檢測控制模塊根據題目要求，變壓器二次側最大電流Imax2=120/12=10A；由于變壓器變比為2，設過電流裕量為最大電流的10%，則：Imax1=1.1*(N2/N1)*Imax2=5.5A. 設檢測電阻R28阻值為1歐姆，檢測端電壓Ut=5.5V，同相輸入端電壓Us，則：Us =Ut*R19*R23/(R20+R23)*R19+R17(R19+R20+R23); 設基準電壓1V，則湊合確定參數(shù)得：R17=1K; R19=2K;R20=10K;R23=4K.

8、4.PWM調制模塊根據SG3525本身提供的高精度基準電壓5.1V，在PID調節(jié)器反向輸入端取基準電壓1V。通過SIMULINK仿真，我們采用PI調節(jié)，根據仿真效果，取參數(shù)Kp=8,Ki=30;根據Kp=R19/R18, Ki=1/R18*C14;可得PI調節(jié)模擬器件的值：R19=5.1K R18=750 C14=470nF。PWM調制頻率根據：即R20=5.6K C10=0.01uF R6為死去時間設定電阻，一般取0500歐姆，這里取220歐姆。6輔助電源模塊1 12V輔助電源 采用LM2576-12V模塊芯片直接轉換2 15V輔助電源 采用LM2576-15V模塊芯片直接轉換5.半橋驅動模塊 六、PCB圖絲印層：頂層：底層：七、參考文獻【1】楊旭等，開關電源技術，機械工業(yè)