电力电子应用课程设计课题：120W推挽电路的设计班级 电气1123 学号 姓名 专业 电气工程与其自动化 系别 电子与电气工程学院指导教师 陈巨 淮阴工学院电气工程系2015年5月摘要开关电源是在电子、通信、电气、能源、航空航天、军事以与家电等 领域应用非常广泛的一种电力电子装置 它具有电能转换效率高、 体积小、 重量轻、控制精度高和快速性好等优点，推挽变换器和正激变换器是两种 常用的 DC/DC 变换器推挽电路就是两个不同极性晶体管连接的输出电 路推挽电路采用两个参数相同的功率 BJT 管或 MOSFET 管，以推挽方 式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对 称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高推挽输出既 可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流推挽电路适用于低电压大电 流的场合，广泛应用于功放电路和开关电源中关键词：双端电路 推挽变换器目录一、设计思想与设计原理 0...1.1 推挽变换器 0...1.1.1 设计目的 0...1.1.2 工作原理 0...1.1.3 基本关系 2...1.2 推挽变换器的参数设计 3..1.2.1 主功率变压器的设计 3...1.2.2 开关管的选取 5...1.2.3 副边整流管的选取 5...1.2.4 滤波电感的设计 6...1.2.5 滤波电容的设计 7...1.2.6 控制电路关键参数设计 7..二、 PWM 控制芯片选取与介绍 8..2.1 PWM 控制芯片选取 8...2.2 KA3525 引脚介绍 9...三、设计调试 1..1..四、设计总结： 1..5..4.1 电路总结 1..5..4.2 心得体会 1..6..参考文献 1..6...一、设计思想与设计原理1.1 推挽变换器设计目的通过本课题的分析设计，可以加深学生对间接的直流变流电路基本环节的认识和理解，并且对隔离的 DC/DC电路的优缺点有一定的认识。
要求学生掌握推挽变换器的脉冲变压器工作特性，并学会分析该电路的各种 工作模态，与幵关管、整流二极管的电压电流参数设计和选取，掌握脉冲 变压器的设计和基本的绕制方法，熟悉变换器中直流滤波电感的计算和绕 制，建立硬件电路并进行幵关调试学生需要熟悉基于集成 PWM芯片的DC/DC变换器的控制方法，并 学会计算PWM控制电路的关键参数D1—1.1.2 工作原理彳”、厂、厂、厂\\ lN1N1iQ2\Q1U\ Q2>N2 N2 D2 J ―X-g1"ton"t图1推挽变换器uOUg2 oUq1 oUQ2oIq!lQ1lQ2lQ1o1 D1IIO. IlD2图2推挽变换器主要波形推挽变换器的主要波形如图 2所示电路如图1所示，两个IGBT管 可看成两个可控制的幵关， 通过控制幵关管Q1、Q2的幵断可以控制电路 的输出变压器的同名端在电路中已经给出，输入的电压值假设为 VQ1导通时，输入电压加在变压器原边上端绕组上， 同时Q2关断，其 两端承受两倍的输入电压，变压器副边上端绕组电压为 n2V/ n1，整流二极管D1导通，此期间电源向负载提供能量，电感 L中的电流逐渐上升Q1关断、Q2仍未导通，两管同时处于关断状态。
整流管 D1中电流 逐渐减小，D2中电流逐渐增大，直到两管中电流相等（忽略变压器激磁 电流），此时变压器可以看作被短路，两幵关管承受电源电压，输出功率由输出电容提供，电感 L 中的电流逐渐下降Q2 导通 Q1 关断时，输入电压加在变压器原边下端绕组上， Q1 承受 两倍的输入电压 ,变压器副边下端绕组电压为 n2V/n1 ，整流二极管 D2 导 通，此期间电源向负载提供能量； Q2关断、Q1仍未导通，整流管D2中电流逐渐减小， D1 中电流逐渐增大，直到两管中电流相等（忽略变压器 激磁电流），此时变压器可以看作被短路，两开关管承受电源电压，输出 功率由输出电容提供，电感 L 中的电流上升如果 Q1 和 Q2 同时导通的话，就相当于变压器一次绕组短路，因此应避免两个开关管同时导通，每个开关管各自的占空比应不能超过 50%,所以要保留有一定的死区，防止两管同时导通推挽变换器的电路结构简单，是基于单端正激变换器，我们可以把看 成两个完全对称的单端正激变换器的组合，但是，推挽变换器比正激变换 器输出更大的功率 电路中， 变压器铁芯双向磁化， 铁芯尺寸相同， 同时， 电路必须有良好的对称性，否则容易引起直流偏磁导致铁芯饱和，磁芯饱 和后电路就无法正常工作。
变压器绕组必须紧密耦合，以减小漏感，从而 降低功率管的关断电压尖峰，这增大了变压器绕制工艺的要求以与对所用 功率器件电压定额的要求另外，电路中输入电流纹波较大，因而滤波器 的体积也要较大推挽变换器通常用于中小功率场合，一般使用的功率范 围为几百瓦到几千瓦1.1.3 基本关系1、电压传输比输出电压与输入电压的关系为VOM 2nDD为单管导通占空比，n为变压器匝比，n n2/ni2、 幵关管的电压、电流应力当幵关管Q1或者Q2关断时，幵关管上的稳态电压最高是 2Vin（当幵关管导通时流过幵关管的电流是经变压器变换后的负载电流，其有效 值为:Iq nI D3、 副边整流管的电压电流应力对于副边全波整流结构，副边整流二极管的电压应力是变压器副边单绕组电压的两倍，即 2nVin流过整流管电流的有效值为:IDR IO..1 D1.2 推挽变换器的参数设计样机的技术指标如下：输入电压：36-75V直流输入输出电压：24V/5A直流输出功率：120W幵关频率：100KHZ主功率变压器的设计（1）占空比和变压器变比的确定：由于推挽变换器存在直流偏磁问题，为了克服这一缺点，选用电流型控制芯片，以限制流过器件的电流。
控制芯片选用 KA3525，试验中它可以输出最大占空比 D为0.49，幵关频率设计在100kHz在输入电压最低为36VDC时，保证输出电压可以达到 24V由公式:Vo 2n DVin可得变压器变比，考虑到实际电路会有一定的占空比丢失，可以选取变比 n=0.722) 磁心的选取根据公式：SQPO 1082fBm KcKuj选择变压器磁心上式中各个参数的单位是： PtW,Stcm,Q tcm,B Gs, jA/cm ,对于铁氧体磁芯 Kc=1，取Ku= 0.3选用高频铁氧体材料 R2KBD，其饱和磁密Bs为5100Gs，Bm可以选gBs=1700Gs结构选为ETD49型，其有效磁心截面积 S为2.13cm 2，窗口面积Q为3.75cm 2由上述公式计算可得:SQ12032 100 10 1700 0.87 1 0.3 3001080.451而ETD49铁芯的SQ=7.9875，可以选择 EE33型磁心(3) 匝数的设计对双向矩形脉冲的变压器有N1UinTon 8102BmS36 % 10 1082 1700 2.132.44选取原边单绕组为11匝根据变比要求，取副边单绕组匝数为 8匝，即 变压器的绕组匝数为11 : 11 : 8 : 8。
4) 绕组的设计导线中流过交变电流时会产生集肤效应，即导线横截面上的电流分布不均匀，线有效截面积减少，电阻增大在高频工作时，必须加以考虑当幵关频率为100kHz时，穿透深度△为:0.20898(mm)导线线径应小于穿透深度的两倍首先计算原副边绕组电流有效值满载工作时，不考虑流过变压器副边n2和滤波电感的电流纹波，则流过 n2的电流幅值等于流过电感电流的11、I2分别为:平均值，即负载电流In，则流过变压器原副边电流的有效值D maxD min242 36 0.72242 75 0.720.4760.229I1 nlo .Dmax 0.72 5 0.476 2.415AI 2 Io • 1 D min5 1 0.229 4.39A幵关管的选取幵关管的最高电压应力是两倍的最高输入电压，即 150V但推挽变换器由于变压器漏感的存在，在幵关管关断时有较大的电压尖峰，因此要考虑较大的电压裕量I q (max)p0(max) D maxVi n(mi n)幵关管的电流定额:A t 0.87 36 0476 2・64 取 3可选取IRFP30型号的MOSFET副边整流管的选取副边整流二极管承受的最大电压应力为 2nVmax =2 xo.72 X75=108V，考虑1.5倍的裕量，可以选取耐压为 220V的功率整流管。
流过整流二极管的最大电流为为副边绕组的最大电流，考虑 2倍的裕量Id 212 2 4.39 8.78AGSIB2520-E3/45 型号的功率二极管满足要求滤波电感的设计(1) 电感值设计滤波电感的设计根据变换器的输出额定功率 100W设计根据最小临界连续电流来选取滤波电感的电感值：其中，Toff (0.5 Dmi n)T (0.5 0.229) 10 2.71 s,设，代入上式可得：L=32.52uH可以选取滤波电感值为 40 uH o(2) 铁心的选择选用高频铁氧体材料制成的 ETD49铁芯，其饱和磁密为5100GsSc=CD=13 X9.7=126.1mmQ=(B-C)E=(13.8-13) X23.5=18.8mm oN40 10 6 1 10 34 10 7 126.1 10 6初选气隙3 =1mm，则:15.9选取N=20匝此时oScN0.7919mm满载时I L(max)Io17.5A因此:B maxoNI L (max)0.2774T(3) 导线的选取在选择导线时可考虑使用多股线，因为导线线径应小于穿透深度的两倍, 则可用穿透深度来选择导线穿透深度厶=0.20898mm,取 Su1=0.79mm,Su2=3.03mm则n1Su12空 1.98取m 22 0.20898所以原边取两股线。
n2Su223.032 0.208987.25取 n2 8所以副边取八股线滤波电容的设计滤波电容的设计根据变换器的输出平均功率 120W设计在输出的直流电压中，包含有高频纹波和很小的二次纹波成分由于高频成分较多, 必须选用低阻抗高频电解电容，选取主要依据输出纹波满足要求利用公 式:VSEC(max)2D(1 2D)8L(2f) VoCmax °72 36 J22 (1 23 0・22)0.0035 f8 40 10 (2 120 10 ) 1本变换器中，滤波电容采用 1000 uF/25V的电解电容控制电路关键参数设计推挽变换器电路如下图所示图3推挽变换器电路图二、PWM控制芯片选取与介绍2.1 PWM控制芯片选取由于推挽变换器存在着直流偏磁问题，为了克服这一缺点，选用电流型控制芯片，以限制流过器件的电流 KA3。