开关稳压电源设计报告2

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开关稳压电源设计报告

摘要 本设计是对2007年全国大学生电子竞赛的E题。电路的设计是利用并联型开关稳压电源的拓扑结构，通过分析以ICTL494芯片为核心的PWM控制器的工作原理，实现了DC—DC变换。得出适合于设计要求的主电路的结构，并在此基础上设计出控制电路、保护电路、驱动电路。运用调节占空比的大小自动控制输出电压，并对各部分电路的原理进行分析。设计出电路的闭环控制系统，使电源工作在一个稳定的系统，并留出20%较大的控制余量。根据设计要求以及主电路的结构，对电路中各参数进行计算。最后对电路进行测试，并根据其进行改进。 关键词：开关稳压电源 PWM ICTL494芯片 驱动电路

1．题目分析与方案论证：

图1 电源框图

a. 题目分析: 题目给出的框图如图1所示。该方案是通过变压器降压，再经过整流电路、滤波电路得到直流电，再经过DC-DC的变换控制电路，得到要求的直流电。要使电路能达到设计要求，DC-DC变换的关键是PWM控制。它是开关电源的核心部分，由功率变换和高频整流两部分组成。题目需要将直流电源转换成大于输入电压的稳定的输出电压。串联型稳压电路是降压型的电路，并联型稳压电路是升压型的电路。所以我们采用的并联型开关稳压，通过升压电路，能使得输出电压大于输入电压。通过调节占空比使输出电压为30V-36V可调。

图3 方案二框图

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方案一的电路简单，清晰，易于操作调试。且PWM的的外围参数设置方法多样。易控制

方案二的优点是线性可调，但是高频变压器绕制要求较高，整体配置调试难度大。 因此，我们选择方案一

。

2．桥式整流电路与电容滤波电路

图4 桥式整流电路与电容滤波电路

首先把交流电转化成直流电。这里采用桥式整流。桥式整流与半波整流的相比，输出电压的脉动小很多。由于还需要进行DC-DC的确变换，对直流的要求不是很高，所以在整流后只加上一个电容进行滤波，以减小整流后直流电中的脉动成

分。

图5 整流与滤波后的电压波形图 3. DC-DC主回路的拓扑结构

并联开关型稳压电路的拓扑结构如图6所示。其中输入电压的U1为直流供电电压，晶体管T为开关管，开关管的基极信号uB为矩形波（也是PWM的输出），电感L和电容C组成滤波电路，D为

续流二极管。

a.

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图7中，T管的工作状态受uB的控制。当uB为高电平时，饱和导通， U1通过T给电感L充电储能，充电电流几乎线性增大;D因受到反压截止;滤波电容C对负载电阻放电，等效电路如(b)所示，各部分电流如图标注。当uB为低平时，T截止，L产生感生电动势，其方向阻止电流的变化，因而电流与U1同方向，两个电压相加后通过二极管D对C充，等效电路如(c)所示。所以，无论T和D的状态如何，负载电流方向始终不变。

图7

经过分析，可以得出控制信号uB，电感上的电压uL和输出电压U0的波形，如图(c)。从波形分析可知，只有当L足够大时，才能升压;并且只有当C足够大时，;输出电压的脉动才可能足够小;当uB的周期不变时，其占比愈大，输出电压将愈高。在其工作原理下，当开关晶体管导通期间，输入电压Ui加到储能电感L的两端(这里忽视了V的饱和压降)，二极管VD因被反向偏置而截止。在此期间流过L的电流iL为近似线性增加的锯齿形电流如(b)，并以磁能的形式储能存在L中。在这期间iL的变化值为△IL1=ton*Ui:在开关晶体管V截止时，储能电感L两端的电压极性相

反，此时二极管VD被正向偏置而导通。储能在L中的能量通过二极管的VD输送给负载电阻RL和滤波电容C0。在此期间L中的泄放电流iL是锯齿形电流的线性下降部分(图C)所示，这期间电流iL变化△IL21=toff*Ui

。同理，当开关晶体管V的导通期间在储能电感L中增加的电流数值应该等于开关等于截止期间在储能电感L减少的电流值。只有这样才能达到动态平衡，才能给负载电阻RL提供一个稳定的输出电压。所以有

△IL1=△IL21．即是又ton*Ui=toff*Ui。因为ton=T*q和toff=T*(1-q)。

整理得: U0=ton。占空比:设晶体管 V的开关转换周期T,导通*Ui=Ui*q

off q其的时间为ton,截止期的时间为toff,占空比为q(q=ton

)。是输出电压与输入电压的

关系。

b. 提高效率的方法及实现方案 由U0=ton。是输出电压与输入电压的关系。所以U0大于Ui。*Ui=Ui*q

off q

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要高DC-DC的变换效率应该综合考虑各种因素。

①提高开关的变换速度，因任何一个晶体管和二极管的导通到截止和从截止到导通的转换过程都需要一定的转换时间。可以采用反向恢复时间短，导通时间快的肖特基二极管、快恢复的二极管作为续流二极管。也可以在续流二极管VD的电路中的串一个电感很小的电感L1，则利用电感的电流不能突变的特性来抑制二极管的反向恢复期间内的反向电流。进而提高效率。

②提高工作效率，开关稳压电源的效率η与储能电感L上的损耗功率也有反比例的关系，所以在提高电源输出率的过程中，要选择适宜的储能电感。 c. 采用以ICTL494芯片为核心的PWM控制器的D …… 此处隐藏：3484字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……