直流稳压电源的设计本科毕业设计.docx

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直流稳压电源的设计本科毕业设计

直流稳压电源的设计

摘要

本设计系统采用PWM发生器及驱动器为核心，设计附有储存、滤波、分时导通的可调直流稳压电源系统，具有结构简单、成本低、精度高等优点。

很大程度上满足了稳压电源的应用需求，稳压电源以体积小、可调控范围广、效率高、应用范围广的目的而设计的。

设计一个双管正激式它激型开关稳压电源电路，使其符合测量要求，主要过程是两个开关管分别轮流导通，传送能量使变压器变压，电流通过二极管和电感L给电容C充电同时对负载Rl供电。

通过导通周期的互补，电容的充放电发生变化，这样就会使输出电源电压的范围发生变化。

通过芯片SG3525进行反馈控制电路的占空比，输出采用滤波电路来实现设计要求。

关键词：

滤波电路，稳压电源电路，SG3525，双管正激式开关电源。

Abstract

ThisdesignsystemusingPWMgeneratoranddriveasthecore,thedesignattachedstorage,filter,time-sharingconductionofadjustabledcregulatedpowersupplysystem,hastheadvantagesofsimplestructure,lowcostandhighaccuracy.Toalargeextentsatisfytheapplicationdemandofregulatedpowersupply,regulatedpowersupplywithsmallsize,wideregulatingrange,highefficiency,wideapplicationscopeandthepurposeofdesign.

Designatwopipeisshocktypeitshocktypeswitchstabilizedvoltagesupplycircuit,makeitconformtotherequirementsofthemeasurement,processaretwomainswitchtuberespectivelyconductioninturn,transmitsenergytransformertransformer,currentthroughthediodeandtheinductanceLtochargingcapacitanceCtoRlloadpowersupplyatthesametime.Byconductingperiodiccomplementary,chargeanddischargecapacitychanges,thiswillmaketheoutputvoltagerangechange.ThroughthechipSG3525feedbackcontrolcircuitofthedutycycle,outputfiltercircuitisusedtoachievethedesignrequirements.

keywords:

filtercircuit,voltagestabilizingcircuit,SG3525,thetwopipeisshocktypeswitchingpowersupply.

附录B辅助电路图27

附录C主电路选材清单28

Contents

AppendixBauxiliarycircuitdiagram27

AppendixCmaincircuitmateriallisting28

第1章绪论

1.1选题目的及意义

随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系益密切。

任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。

特别是随着小型电子设备的应用越来越广泛，也要求能够提供稳定的电源，以满足小型电子设备的用电需要[1-3]。

本文基于这个思想，设计和制作了符合指标要求的开关稳压电源。

直流稳压电源作为直流能量的提供者，在各种电子设备中，有着极其重要的地位，它的性能良好与否直接影响整个电子产品的精度、稳定性和可靠性。

随着电子技术的日益发展的电源技术也得到了很大的发展，它从过去一个不太复杂的电子线路变为今天具有较强功能的模块。

实现电源稳定的方式，由传统的线性稳压发展到今天的开关式稳压，电源技术正从过去附属于其它电子设备状态，逐渐演变为一个电子学科的独立的分支[4-6]。

现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机（微处理器）技术和电磁技术的多学科边缘交叉技术。

在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用[7]。

当今社会电子设备给人们带来了极大地便利，但是任何一种电子设备都必须要一个稳定的电源电路来保证它的正常工作，可以说电源电路是一切电子设备的基础。

而直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位[8]。

直流稳压电源分成两类：

线性稳压电源和开关稳压电源。

（1）线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。

线性稳压直流电源的特点是：

输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低（现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的）；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。

（2）开关型直流稳压电源与线性稳压电源不同的一类稳电源，它的电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。

它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹[9-12]。

功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态；开关电源因此而得名[13]。

可调直流稳压电源（开关型）开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较大（一般≤1%VO（P-P）,好的可做到十几mV（P-P）或更小）。

它的功率可自几瓦－几千瓦均有产品[14-16]。

开关型直流稳压电源可分为AC/DC电源、DC/DC电源、通行电源、电台电源、模块电源、特种电源[19-22]。

开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源工作效率。

对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的的可靠性大大提高[23-25]。

1.2国内外研究概况

电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自源，因此，电源越来越受到人们的重视。

电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。

20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。

在近半个世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐步取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。

20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。

20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家用领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。

到21世纪小型电子设备的发展更加迅速和更加普及，但是现在很多的小型电子设备都是依靠电池来供电的，所以开发一种新型的开关电源应用于小型电子设备中就显得非常重要了[1]。

开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。

由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs）下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术[2]。

SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。

电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。

要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献[4]。

1.3本文主要设计内容

在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：

输入直流电压DC41—DC57V，输出电压可调，具有输出恒流限制功能，且限制电流可调。

（1）输出电压Vo：

DC0—30V可调；

（2）输出恒流限制Io：

0—3A可调；

（3）输出噪声纹波电压峰-峰值Vopp≤1V（Udc=48V,Vo=30V,Io=3A）；

（4）DC-DC变换器的效率

≥70%（Udc=48V,Vo=30V,Io=3A）[5]。

图1-1系统框图

第2章方案论证与设计

2.1DC/DC主电路拓扑

可完成此方案的DC/DC变换器的拓扑有：

反激式，双管正激等。

为满足效率在70%以上，且能进一步提高到85%以上，通过以前做实验实测的结果可知双管正激式开关电源可达到90%以上，另外，双管正激电路可靠性高，无直通危险，故选择双管正激作为本方案的主电路拓扑[6]。

图2-1双管正激主拓扑结构

2.2控制方法及实现方案

在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。

小功率稳压电源的组成可以用图2-2表示，它是由变压器，整流，滤波，和稳压电路等四个部分组成[7]。

图2-2主电路组成框图

电源变压器是将直流48V的电压变为所需要的电压值，由于此直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。

但这样的电压还随电网电压波动（一般有正负10%左右的波动），负载和温度的变化而变化。

因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。

稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。

当负载要求功率较大，效率较高时，常采用开关稳压电源[8]。

双管正激电路中驱动MOSFET的方波占空比不能大于0.5，故可选SG3525作为控制芯片。

若采用直接驱动MOSFET可能由于G极电压低于S极，而无法驱动MOSFET，因此采用变压器隔离驱动。

为能达到使输出电压0-30V可调，输出电流0-3A可调的目的，需要使误差放大器的基准从零开始变化，而SG3525内部误差放大器的基准无法调到0V，故采用外接的运放作为误差放大器使用。

若实现稳压电源，首先就要就电路进行稳压。

在稳压方面可选用变压器来完成，然后要对输入的电压进行调节，在调节方面，可选用可调节三端正电压稳压器进行调节（LM358）。

由于电流幅值变化很大，所以需要用电容对电流进行滤波，然后输出即可。

衡量稳压器的性能有许多指标，例如额定输出电压、电流和电压调节范围等，这属于特性指标；稳压系数、等效内阻、纹波电压（即交流电压分量）等属于质量指标。

自动化程度，用来说明维护人员离开时，例如，是否具有自动开机、停机性能，故障检测等。

经济指标，主要有效率和功率因数等[9]。

由于电源需要从零开始调节，所以利用主电路自身给芯片供电是不可行的，需要外加电源给芯片供电，因此设计一三路输出的反激式开关电源给主电路芯片供电。

本设计给出了SG3525控制的双管正激式开关电源进行输出电压，电流可调的基本原理和实现方案。

整个系统由整流滤波电路，DC/DC变换电路，输出电压电流采样电路，控制电路，等几部分组成[11]。

2.3提高效率的方法和实现方案

1、增大高压电容容量、加强变压器制作工艺，减小漏感、增大分压取样电阻阻值、减