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1、高稳定度直流电源设计（2011）毕业设计说明书高稳定度直流电源设计专业电气工程及其自动化学生姓名班级学号指导教师完成日期高稳定度直流电源设计摘 要：叙述开关电源的发展与现状，简要介绍开关电源的分类、发展动向及其意义；阐述了直流开关电源的结构和工作原理，对开关电源的主电路和控制回路进行设计：在主电路的输入回路中整流电路采用单相桥式整流，其中还设计了低通滤波电路、整流滤波电路和其他形式的滤波电路。此设计中功率转换电路采用半桥型DC/DC变换器，这是开关电源的核心部分，对此部分进行了重点分析和设计；控制电路采用电压型PWM控制，控制器采用开关电源集成控制器SG3525A，并对其特点、结构和工作原理作
2、了简单介绍，对于系统的结构也进行了重点设计，并对其各个部分进行了元器件的选择和参数计算。其他部分还设计了保护电路和辅助电源电路。最后，用MATLAB仿真软件对主电路进行仿真测试，通过仿真测试结果对该直流电源设计的合理性进行判断，视其稳定性是否符合设计要求。关键词：DC/DC变换器；PWM控制；SG3525A；MATLAB仿真Design of High Stability DC Power SupplyAbstract: Describing the development and current situation of switching power supply, switching p
3、ower supply briefly introduced the classification, development trend and its significance;DC switching power supply described the structure and working principle of the switching power supply of the main circuit and control circuit design:In the main input loop circuit using single-phase rectifier b
4、ridge rectifier circuit, which also designed the low-pass filter circuit, the rectifier filter circuit, and other forms of filter circuit.This design, half-bridge type power conversion circuit using DC / DC converters, switching power supply which is the core of the focus of this part of the analysi
5、s and design;PWM control circuit with voltage control, switching power supply controller with integrated controller SG3525A, and its characteristics, structure and working principle is briefly introduced, the structure of the system carried on the key design and the various parts of the element of i
6、ts Device selection and parameter calculations.Also designed to protect other parts of the circuit and the auxiliary power supply circuits.Finally, the main circuit simulation software MATLAB simulation test, the simulation results of the DC power to judge the rationality of the design, depending on
7、 whether it meets the design requirements of its stability.Key Words: DC/DC transformer;PWM control;SG3525A;MATLAB Simulation.目 录1 概述11.1 开关电源的发展与现状11.2开关电源的分类21.3开关电源的发展动向及其意义32 总体设计方案42.1 设计方案的提出42.2 方案的论证53 开关电源输入回路的设计63.1 低通滤波电路的设计63.2 整流滤波电路的设计63.3 其他形式滤波电路83.4 稳压电路93.5 参数计算以及元器件的选择104 DC/DC变换器
8、的设计124.1 控制方式的选择124.2 功率转换电路的选择124.3 参数的计算14 4.3.1 变压器设计14 4.3.2 电感的参数计算15 4.3.3 二极管和电容器的选择15 4.3.4 开关管的选择165 控制电路的设计185.1 控制模式的选择185.2 开关电源集成控制器20 5.2.1 SG3525A的特点20 5.2.2 SG3525A的引脚介绍20 5.2.3 SG3525A芯片的工作原理21 5.2.4 SG3525A的基本功能225.3 保护电路的设计245.4 辅助电源电路286 MATLAB仿真测试297 结束语31参考文献32致 谢33附 录34 附录1 开关
9、电源原理图35 附录2 系统仿真图36高稳定度直流电源设计（2011）高稳定度直流电源设计1 概述 随着电力电子技术的发展，电力电子设备与人们工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性
10、电源相比，其成本低、效率高、体积小、重量轻、电源输出组数多、极性可变等诸多优点，这些使得开关电源在现在生产和生活中得到广泛应用。1.1 开关电源的发展与现状1955年美国的科学家罗耶（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激震荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的晶体管直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转式和机械振子式换流设备，由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成都的开关稳压电源输出组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而被广泛应用于计算机、通信、航天、家电等领域中。开关稳压电
11、源简称为开关电源（switching power supply），发展已有50余年，经历了三个重要发展阶段：第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件（BPT、SCR、GTO）发展为MOS型器件（功率MOSFET、IGBT、IGCT等），使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的研究开发，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力电子模块（IPEM）技术开始发展，使得开关电源更加小巧、简单。当今
12、，随着半导体技术和微电子技术的高速发展，集成度高、功能强大的大规模集成电路的不断出现，使得电子设备的体积在不断地缩小，重量不断地减轻，所以从事这方面研究和生产的人们对开关电源中开关变压器还感到不是十分理想，他们正致力于研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者通过别的途径来取代开关变压器，使之能够满足电子仪器和设备微小型化的需要。还有，开关电源的效率是与开关管的变换速度成正比的，并且开关稳压电源中由于采用了开关变压器以后，才能使之由一组输入得到极性、大小各不相同的多组输出。要进一步提高开关电源的效率，就必须提高电源的工作频率。但当频率提高以后，对整个电路中元件又有了新的要求，此外，在开
13、关稳压电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰会污染市电电网，影响邻近的电子仪器及设备的正常工作。随着开关稳压电源电路和抑制干扰措施的不断改进，开关电源的这一缺点得到了进一步的克服，可以达到不防碍一般的电子仪器、设备和家用电器正常工作的程度。但是，在一些精密的电子仪器中，由于开关电源的这一缺点，却使它不能得到使用。克服这些缺点，是当今从事开关稳压电源科研人员必须解决的问题，不过，随着电力和电子技术的飞跃发展，已经有了很大的突破，相信这些问题以后都会一一得到解决的。1.2开关电源的分类 人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件
14、，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、簿、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/AC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。 A) DC/DC变换 DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式（PWM）Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式（PFM
15、），ton不变，改变Ts(易产生干扰)。其具体的电路由以下几类： a) Buck 电路降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，极性相同。 b) Boost电路升压斩波器，其输出平均电压Uo大于输入电压Ui，极性相同。 c) Buck-Boost电路降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输 入电压Ui，极性相反，电感传输。 d) Cuk电路降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。 当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为（6、2、10、17）W/cm3,效率为（80-90）%。NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200300）khz，功率密度已达到27W/cm3,采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），是整个电路效率提高到90%。 B) AC
