用SG3525来设计的半桥高频开关电源..

毕业论文

题目基于SG3525的半桥高频

开关电源设计

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学院毕业论文任务书

系：机电工程系专业：电气自动化技术班学号：姓名：

指导教师：教研室主任：

目录

第1章绪论 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.1.1开关电源原理 (1)

一、开关电源的电路组成： (1)

二、输入电路的原理及常见电路： (2)

2、 DC输入滤波电路原理： (3)

第2章 SG3525芯片的工作原理 (4)

2.1 本章PWM控制芯片SG3525功能简介： (4)

2.1.1 SG3525引脚功能及特点简介： (4)

2.1.2 SG3525的工作原理 (6)

第3章电源系统介绍 (7)

3.1 主电路结构及其工作原理 (7)

3.2 控制电路 (8)

第4章高频变压器的设计 (9)

4.1 原副边电压比n (9)

4.2 磁芯的选取及变压器的结构 (9)

4.3 变压器初、次级匝数 (9)

4.4 确定绕组的导线线径和导线股数 (10)

结论 (10)

致谢： (13)

参考文献： (14)

第1章绪论

1.1 课题背景

随着PWM技术的不断发展和完善，开关电源具有体积小、效率高等一系列

优点，在各类电子产品中得到广泛的应用。但由于开关电源的控制电路比较复杂、输出纹波电压较高，所以开关电源的应用也受到一定的限制。

电子装置小型轻量化的关键是供电电源的小型化，因此需要尽可能地降低电源电路中的损耗。开关电源中的调整管工作于开关状态，必然存在开关损耗，而且损耗的大小随开关频率的提高而增加。另一方面，开关电源中的变压器、电抗器等磁性元件及电容元件的损耗，也随频率的提高而增加。

目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十kHz；采用MOSFET的开关电源转换频率可达几百kHz。为提高开关频率必须

采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，原理上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。

开关电源的集成化与小型化已成为现实。然而，把功率开关管与控制电路都集成在同一芯片上，必须解决电隔离和热绝缘的问题。

开关电源以其高的性价比得到了广泛的应用。开关电源的电路拓扑结构很多, 常用的电路拓扑有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。其中, 在半桥电路中, 变压器初级在整个周期中都流过电流, 磁芯利用充分，且没有偏磁的问题，所使用的功率开关管耐压要求较低，开关管的饱和压降减少到了最小，对输入滤波电容使用电压要求也较低。由于以上诸多原因, 半桥式变换器在高频开关电源设计中得到广泛的应用。

1.1.1开关电源原理

一、开关电源的电路组成：

开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

开关电源的电路组成方框图如下：

二、输入电路的原理及常见电路：

1、AC输入整流滤波电路原理：

①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：

F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。

②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的

电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生

的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。

③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流

电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。

2、 DC输入滤波电路原理：

输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。

R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。

第2章 SG3525芯片的工作原理

2.1 本章PWM控制芯片SG3525功能简介：

随着电能变换技术的发展，功率MOSFET在开关变换器中开始广泛使用，为此美国硅通用半导体公司（Silicon General）推出SG3525。SG3525是用于驱动N 沟道功率MOSFET。其产品一推出就受到广泛好评。SG3525系列PWM控制器分军品、工业品、民品三个等级。下面我们对SG3525特点、引脚功能、电气参数、工作原理以及典型应用进行介绍。

SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。

2.1.1 SG3525引脚功能及特点简介：

SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。其性能特点如下：

1)工作电压范围宽： 8～35V。

2)内置5．1 V±1．0％的基准电压源。

3)芯片内振荡器工作频率宽100Hz～400 kHz。

4)具有振荡器外部同步功能。

5)死区时间可调。为了适应驱动快速场效应管的需要，末级采用推拉式工作电路，使开关速度更陕，末级输出或吸入电流最大值可达400mA。

6)内设欠压锁定电路。当输入电压小于8V时芯片内部锁定，停止工作(基准源及必要电路除外)，使消耗电流降至小于2mA。

7)有软启动电路。比较器的反相输入端即软启动控制端芯片的引脚8，可外接软启动电容。该电容器内部的基准电压Uref由恒流源供电，达到2．5V的时间为t=(2．5V／50μA)C，占空比由小到大(50％)变化。

8)内置PWM(脉宽调制)。锁存器将比较器送来的所有的跳动和振荡信号消除。只有在下一个时钟周期才能重新置位，系统的可靠性高。

其引脚及原理图如图1下：

引脚功能说明

直流电源Vs从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的元器件作为电源。振荡器脚5须外接电容CT，脚6须外接电阻RT。振荡器频率厂由外接电阻RT和电容CT决定，

振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触

发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端，比较器的反向输入端接误差放大器的输出，误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波。双稳态触发器的两个输出互补，交替输出高低电平，将PwM脉冲送至三极管VT1及VT2的基极，锯齿波的作用是加入死区时间，保证VT1及VT2不同时导通。最后，VTl及VT2分别输出相位相差为180°的PWM波。

1.Inv.input(引脚1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。

2.Noninv.input(引脚2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。

3.Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。

4.OSC.Output(引脚4)：振荡器输出端。

5.CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。

6.RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。

7.Discharge(引脚7)：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。

8.Soft-Start(引脚8)：软启动电容接入端。该端通常接一只5 的软启动电容。

https://www.sodocs.net/doc/f212122283.html,pensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。

10.Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。

11.Output A（引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。

12.Ground(引脚12)：信号地。

13.Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。

14.Output B（引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。

15.Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。

16.Vref(引脚16)：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。

特点如下：

（1）工作电压范围宽：8—35V。

（2）5.1（1 1.0%）V微调基准电源。

（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz?—400KHz.

（4）具有振荡器外部同步功能。

（5）死区时间可调。

（6）内置软启动电路。

（7）具有输入欠电压锁定功能。

（8）具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。

（9）逐个脉冲关断。

（10）双路输出（灌电流/拉电流）： mA(峰值)。

2.1.2 SG3525的工作原理

SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。

SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5 的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。

外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。

欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。

此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM琐存器才被复位。

第3章电源系统介绍

本文设计的是12v/300A 的半桥高频开关电源，电路由主电路和控制电路组成。

3.1 主电路结构及其工作原理

半桥式开关电源主电路如图3 所示。图中开关管Q1、Q2 选用IGBT,因为它是电压驱动全控型器件,具有驱动电路简单、驱动功率很小、载流密度小、饱和压降低、开关速度快及安全工作区大等优点。半桥式逆变电路一个桥臂由开关管Q1、Q2 组成, 另一个桥臂由电容E1、E2 组成。高频变压器初级一端接在E1、E2 的中点, 另一端接在Q1、Q2 的公共连接端, Q1、Q2 中点的电压等于整流后直流电压的一半,开关Q1、Q2 交替导通就在变压器的次级形成幅值为V i/2的交流方波电压。通过调节开关管的占空比, 就能改变变压器二次侧整流输出平均电压V o。Q1、Q2断态时承受的峰值电压均为V i，由于电容的隔直作用，半桥型电路对由于两个开关管导通时间不对称而造成的变压器一次电压的直流分量具有自动平衡作用，因此该电路不容易发生变压器偏磁和直流磁饱和的问题，无须另加隔直电容。变压器原边并联的R3、C4组成RC吸收电路，用来吸收高频尖峰。值得注意的是，在半桥电路中，占空比定义为[2]：D=2ton/Ts

图3 半桥电源主电路图

3.2 控制电路

控制电路是开关电源的核心部分，控制环节的好坏直接影响电路的整体性能，在这个电路中采用的是以SG3525芯片为核心的控制电路。如图4 所示,采用恒频脉宽调制控制方式。误差放大器的输入信号是电压反馈信号,是由输出电压经分压电路获取,与普通误差放大器的接法不同的是该电压反馈接成射极跟随

器形式，反馈信号比较精确，因而可以精确地控制占空比调节输出电压，提高了稳压精度。SG3525芯片振荡频率的设定范围为100～ 500 kHz, 芯片的脚5 和脚7 间串联一个电阻Rd 就可以在较大范围内调节死区时间。 SG3525的振荡频率可表示为：f s =1/(C T (0.7R T + 3R d)).

式中: C T , R T 分别是与脚5、脚6 相连的振荡器的电容和电阻; R d 是与脚7 相连的放电端电阻值。此处C T 、R T 、R d分别为图中的C21、R32、R30，取值分别为10000p、15k、200R，即频率为13khz。管脚8 接一个电容的作用是用来软启动，减少功率开关管的开机冲击。11 和14 脚输出采用图腾柱输出,本电路采用外加驱动隔离电路，增强了驱动能力和电源的可靠性。驱动隔离电路如图5 所示。

保护电路是开关电源中必不可少的补充，在这个电路中采用了输入过流保护、输出过流保护、过热保护等。输入过流保护是通过在原边主电路中串入小磁环，小磁环感应电压输出经过整流桥将电流信号转为电压信号（plp）经一个三极管接至软启动8脚，当原边电流大于设定值即plp高于0.7v时则将8脚电压拉低，关断3525的PWM的输出从而保护电路。输出过流保护是通过在副边主回路中串联分流器，取样分流器两端的电压信号送到误差放大器的反相端，正常工作时运放输出高电平，当输出过流时，运放输出为低电平，从而拉低电压反馈信号，从而使PWM 占空比减小，实现输出电流保护。过热保护是通过一个温控开关接到3525 的10 脚来实现的，当过热时温控开关闭合以关闭使8 脚电压拉低从而关闭PWM 输出。

图4 SG3525的控制电路

图5驱动隔离电路图

第4章高频变压器的设计

4.1 原副边电压比n

电压比计算的原则是电路在最大占空比和最低输入电压的条件下，输出电压能达到要求的上限，公式如下：

n≤ViminDmax/(Vomax＋△V)式中△V为电路中的压降，一般取2V。

4.2 磁芯的选取及变压器的结构

目前变压器较为简洁常用的设计方法是Ap 法。可根据下面公式选取合适的磁芯：AP=AeAW≥Pt/（2f△Bkcj）式中，Ae 为磁芯截面积；Aw 为磁芯的窗口截面积；Pt 为变压器传输的总功率；f 为开关频率；△B为磁芯材料所允许的最大磁通摆幅； kc 为绕组的窗口填充系数；j 为导线的电流密度。在这里有

PT=3600×（1＋1/0.9）, 0.9 为效率，这里△B取0.2T， kc 取0.4，j一般取4A/mm2。查有关磁芯手册，查得U17 磁芯，其Ae=442mm2，Aw=390mm2，则其

Ap=98840mm4。考虑到留有一定的裕量使电源更可靠地工作，这里采用12个磁芯组合而成。由于变压器传输的功率较大，寄生参数对其影响很大。所以变压器的绕制方法很重要，否则会引起变压器的性能下降。

4.3 变压器初、次级匝数

为了保证在任何条件下磁芯不饱和，设计时应按照最大伏－秒面积计算匝数。因为电路中电压的波形都是方波，所以最大伏－秒面积的计算可以简化为电压和脉冲宽度的乘积。通常计算二次侧最大伏－秒面积较为方便。对半桥电路有：N2=vo/（2△BAefs），N1 =n×N2。代入数值计算得，变压器的次级匝数为2 匝，取中抽为负极，由原副边电压比n 可计算得到变压器的初级匝数为15 匝。

4.4 确定绕组的导线线径和导线股数

在选用绕组的导线线径，要考虑导线的集肤效应。为了更有效的利用导线，减小集肤效应的影响，一般要求导线线径小于两倍穿透深度△，即应选用线径r 小于2△。

结论

经过以上分析和计算，本文设计的半桥开关电源额定输出功率为3600瓦，输出电压为12V，下图为电路工作时的实验波形，输出电压为12V，输出电流为300A。图6 为驱动电路输出的驱动波形，从图中可以看出驱动脉冲的前沿比较陡，电压上升很快，有一个微小的尖峰，可以迅速的驱动功率管，而在关断时，由于关断时驱动信号电压为负的电压，防止开关管误导通，使电源更可靠的工作。图7 为变压器原边波形图，可以看出，当功率管关断时，IGBT 寄生的反并联二极管导通，起到了钳位的作用，由于变压器漏感的影响，关断时电压有微小的振荡，因此，在绕制变压器时须尽量减小漏感。图8 为变压器副边经整流后波形，可以看出，由于在每个整流二级管两侧并联了RC 吸收电路，电压的振荡相对较小。实测电路效率为90％，效率较高。该电源电压调整率小、闭环控制可确保输出电压稳定, 工作可靠，图10 为本开关电源实物。

半桥式开关电源具有开关管承受的电压低, 开关器件少(只有两个) , 驱动简单等优点,无直流偏磁现象,在中功率领域获得了广泛的应用。

图 6 驱动电路驱动波形

图7 变压器原边波形

图8 变压器副边经整流后波形

图9 电源驱动板实物图

图10 整机原理图

图11 开关电源实物图

致谢

本设计是在张军老师的悉心指导下完成的，在毕业设计期间，一直得到张老师的悉心指导和关怀。特别是在课题的设计过程中，对论文的技术问题，张老师都花费了大量的心血，付出了大量的劳动，并一直给予我无微不至的指导与多方面的帮助，使我的知识、能力等各方面都有了很大的进步，在此，谨向张老师表示最衷心的感谢！在课题进行期间，学院为我们提供了良好的学习和设计环境。使我在学到了好多知识，学会了能够透彻的分析问题解决能力的能力。

同时，感谢在我大学期间给与我帮助的所有老师，培养了我热爱学习、勤学好问、创新探索的能力，让我学到了不少的知识，使我受益非浅，还培养了我解决问题和处理问题的能力，为我在今后的工作和生活中打下了基础。

感谢本班同学在我遇到问题的时候对我的细心讲解，以及在生活中对我的帮助，给予我的关怀。由于时间和知识水平所限，论文中还可能会有许多纰漏或错误之处，恳请各位老师和同学批评指正。

参考文献：

1.《开关电源设计》第二版（美）普莱斯曼著电子工业出版社

2.《开关电源设计与优化》玛尼克塔拉著电子工业出版社

半桥电路的工作原理及注意问题

半桥电路的工作原理及注意问题 在PWM和电子镇流器当中，半桥电路发挥着重要的作用。半桥电路由两个功率开关器件组成，它们以图腾柱的形式连接在一起，并进行输出，提供方波信号。本篇文章将为大家介绍半桥电路的工作原理，以及半桥电路当中应该注意的一些问题，希望能够帮助电源新手们更快的理解半桥电路。首先我们先来了解一下半桥电路的基本拓扑： 半桥电路的基本拓扑电路图 电容器C1和C2与开关管Q1、Q2组成桥，桥的对角线接变压器T1的原边绕组，故称半桥变换器。如果此时C1=C2，那么当某一开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半。半桥电路概念的引入及其工作原理电路的工作过程大致如下：参照半桥电路的基本拓扑电路图，其中Q1开通，Q2关断，此时变压器两端所加的电压为母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。Q1 关断，Q2关断，此时变压器副边两个绕组由于整流二极管两个管子同时续流而处于短路状态，原边绕组也相当于短路状态。Q1关断，Q2开通。此时变压器两端所加的电压也基本上是母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。副边两个二极管完成换流。半桥电路中应该注意的几点问题偏磁问题原因：由于两个电容连接点A的电位是随Q1、Q2导通情况而浮动的，所以能够自动的平衡每个晶体管开关的伏秒值，当浮动不满足要求时，假设Q1、Q2具有不同的开关特性，即在相同的基极脉冲宽度t=t1下，Q1关断较慢，Q2关断较快，则对B点的电压就会有影响，就会有有灰色面积中A1、A2的不平衡伏秒值，原因就是Q1关断延迟。如果要这种不平衡的波形驱动变压器，将会发生偏磁现象，致使铁心饱和并产生过大的晶体管集电极电流，从而降低了变换器的效

高频开关电源的设计与实现资料

电力电子技术课程设计报告 题目高频开关稳压电源 专业电气工程及其自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师 2016年春季学期 起止时间：2016年6月25日至2016年6月27日

设计任务书11 高频开关稳压电源设计√ 一、设计任务 根据电源参数要求设计一个高频直流开关稳压电源。 二、设计条件与指标 1.电源：电压额定值220±10%，频率：50Hz； 2. 输出:稳压电源功率Po=1000W,电压Uo=50V； 开关频率:100KHz 3.电源输出保持时间td=10ms(电压从280V下降到250V)； 三、设计要求 1.分析题目要求，提出2~3种电路结构，比较并确定主电路 结构和控制方案； 2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图，并设置必要的 保护电路； 3.参数计算，选择主电路及保护电路元件参数； 4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化； 5.撰写课程设计报告。 四、参考文献 1.王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社； 2.林渭勋等，《电力电子设备设计和应用手册》； 3.张占松、蔡宣三，《开关电源的原理与设计》，电子工业 出版社。

目录 一、总体设计 (1) 1．主电路的选型（方案设计） (1) 2.控制电路设计 (4) 3.总体实现框架 (4) 二、主要参数及电路设计 (5) 1.主电路参数设计 (5) 2.控制电路参数设计 (7) 3.保护电路的设计以及参数整定 (8) 4.过压和欠压保护 (8) 三、仿真验证（设计测试方案、存在的问题及解决方法） (9) 1、主电路测试 (9) 2、驱动电路测试 (10) 3、保护电路测试 (10) 四、小结 (11) 参考文献 (11)

半桥设计经典

摘要：介绍了IR2110的内部结构和特点，高压侧悬浮驱动的原理和自举元件的设计。针对IR2110的不足提出了几种扩展应用的方案，并给出了应用实例。 关键词：悬浮驱动；栅电荷；自举；绝缘门极 1引言 在功率变换装置中，根据主电路的结构，其功率开关器件一般采用直接驱动和隔离驱动两种方式。采用隔离驱动方式时需要将多路驱动电路、控制电路、主电路互相隔离，以免引起灾难性的后果。隔离驱动可分为电磁隔离和光电隔离两种方式。 光电隔离具有体积小，结构简单等优点，但存在共模抑制能力差，传输速度慢的缺点。快速光耦的速度也仅几十kHz。 电磁隔离用脉冲变压器作为隔离元件，具有响应速度快（脉冲的前沿和后沿），原副边的绝缘强度高，dv/dt 共模干扰抑制能力强。但信号的最大传输宽度受磁饱和特性的限制，因而信号的顶部不易传输。而且最大占空比被限制在50％。而且信号的最小宽度又受磁化电流所限。脉冲变压器体积大，笨重，加工复杂。 凡是隔离驱动方式，每路驱动都要一组辅助电源，若是三相桥式变换器，则需要六组，而且还要互相悬浮，增加了电路的复杂性。随着驱动技术的不断成熟，已有多种集成厚膜驱动器推出。如EXB840/841、 EXB850/851、M57959L/AL、M57962L/AL、HR065等等，它们均采用的是光耦隔离，仍受上述缺点的限制。 美国IR公司生产的IR2110驱动器。它兼有光耦隔离（体积小）和电磁隔离（速度快）的优点，是中小功率变换装置中驱动器件的首选品种。 2IR2110内部结构和特点 IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，DIP14脚封装。具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V，dv/dt=±50V/ns，15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3,即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20V；逻辑电源电压范围（脚9）5～15V，可方便地与TTL，CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率高，可达500kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；图腾柱输出峰值电流为2A。 IR2110的内部功能框图如图1所示。由三个部分组成：逻辑输入，电平平移及输出保护。如上所述IR2110的特点，可以为装置的设计带来许多方便。尤其是高端悬浮自举电源的成功设计，可以大大减少驱

高频开关电源的设计55400

目录 1绪论 (1) 1.1高频开关电源概述 (1) 1.2意义及其发展趋势 (2) 2高频开关电源的工作原理 (3) 2.1 高频开关电源的基本原理 (3) 2.2 高频开关变换器 (5) 2.2.1 单端反激型开关电源变换器 (5) 2.2.2 多端式变换器 (6) 2.3 控制电路 (8) 3高频开关电源主电路的设计 (9) 3.1 PWM开关变换器的设计 (9) 3.2 变换器工作原理 (10) 3.3 变换器中的开关元件及其驱动电路 (11) 3.3.1 开关器件 (11) 3.3.2 MOSFET的驱动 (11) 3.4高频变压器的设计 (13) 3.4.1 概述 (13) 3.4.2 变压器的设计步骤 (13) 3.4.3 变压器电磁干扰的抑制 (15) 3.5 整流滤波电路 (15) 3.5.1 整流电路 (15) 3.5.2 滤波电路 (16) 4 总结 (19) 参考文献 (20)

1 绪论 1.1高频开关电源概述 八十年代,国高频开关电源只在个人计算机、电视机等若干设备上得到应用。由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源和相控电源有显著减少,而且对整机多相指标有良好影响,因此它的应用得到了推广。近年来许多领域,例如电力系统、邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源,取得了显著效益。究其原因,是新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件(简称五新)不断地出现并应用到开关电源的缘故。五新使开关电源更上一层搂,达到了频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高(简称五高)。有了五高,开关电源就有更强的竞争实力,应用也更为扩大,反过来又遇到更多问题和更实际的要求。这些问题和要求可归纳为以下五个方面: (l)能否全面贯彻电磁兼容各项标准? (2)能否大规模稳定生产或快捷单件特殊生产? (3)能否组建大容量电源? (4)电气额定值能否更高(如功率因数)或更低(如输出电压)? (5)能否使外形更加小型化、外形适应使用场所要求? 这五个问题是开关电源能否在更广泛领域应用的关键,是五个挑战。(简称五挑战)把挑战看成开关电源发展的动力和机遇,一向是电源科技工作者的态度。以功率因数为例,AC-DC开关电源或其他电子仪器输入端产生功率因数下降问题,用什么办法来解决?毫无疑问,利用开关电源本身的工作原理来解决开关电源应用中产生的问题是最积极的态度。实践中,用DC-DC开关电源和有源功率因数校正的开关电源,(成本比单机增加20%):成功解决了这个问题。现在,又进一步发展成单级有功率因数校正的开关电源,(成本只增加5%);在三相升压式单开关整流器中减少谐波方法,有人采用注入六次谐波调脉宽控制,抑制住输入电流的五次谐波,解决了电流谐波畸变率小于100k的要求。

半桥驱动电路的作用

半桥驱动电路的作用： 半桥驱动电路的作用主要是通过功率管产生交流电触发信号，从而产生大电流进一步驱动电机。与单片机驱动不同的是，单片机驱动能力有限，一般仅作为驱动信号。 半桥驱动电路工作原理： 半桥电路的基本拓扑电路图 电容器C1和C2与开关管Q1、Q2组成桥，桥的对角线接变压器T1的原边绕组，故称半桥变换器。如果此时C1=C2，那么当某一开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半。 电路的工作过程大致如下： 参照半桥电路的基本拓扑电路图，其中Q1开通，Q2关断，此时变压器两端所加的电压为母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。 Q1关断，Q2关断，此时变压器副边两个绕组由于整流二极管两个管子同时续流而处于短路状态，原边绕组也相当于短路状态。 Q1关断，Q2开通。此时变压器两端所加的电压也基本上是母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。副边两个二极管完成换流。 应注意的几点问题 偏磁问题 原因：由于两个电容连接点A的电位是随Q1、Q2导通情况而浮动的，所以能够自动的平衡每个晶体管开关的伏秒值，当浮动不满足要求时，假设Q1、Q2具有不同的开关特性，即在相同的基极脉冲宽度t=t1下，Q1关断较慢，Q2关断较快，则对B点的电压就会有影响，就会有有灰色面积中A1、A2的不平衡伏秒值，原因就是Q1关断延迟。

如果要这种不平衡的波形驱动变压器，将会发生偏磁现象，致使铁心饱和并产生过大的晶体管集电极电流，从而降低了变换器的效率，使晶体管失控，甚至烧毁。 在变压器原边串联一个电容的工作波形图 解决办法：在变压器原边线圈中加一个串联电容C3，则与不平衡的伏秒值成正比的直流偏压将被次电容滤掉，这样在晶体管导通期间，就会平衡电压的伏秒值，达到消除偏磁的目的。 用作桥臂的两个电容选用问题： 从半桥电路结构上看，选用桥臂上的两个电容C1、C2时需要考虑电容的均压问题，尽量选用C1=C2的电容，那么当某一开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半，达到均压效果，一般情况下，还要在两个电容两端各并联一个电阻(原理图中的R1和R2)并且R1=R2进一步满足要求，此时在选择阻值和功率时需要注意降额。此时，电容C1、C2的作用就是用来自动平衡每个开关管的伏秒值，(与C3的区别：C3是滤去影响伏秒平衡的直流分量)。 直通问题 所谓直通，就是Q1、Q2在某一时刻同时导通的现象，此时会构成短路。 解决措施 可以对驱动脉冲宽度的最大值加以限制，使导通角度不会产生直通。 还可以从拓扑上解决问题，才用交叉耦合封闭电路，使一管子导通时，另一管子驱动在封闭状态，直到前一个管子关断，封闭才取消，后管才有导通的可能，这种自动封锁对存储时间、参数分布有自动适应的优点，而且对占空比可以满度使用的。

(完整版)高频开关电源设计毕业设计

目录 引言......................................................... 1本文概述 ................................................. 1.1选题背景............................................................................................................................ 1.2本课题主要特点和设计目标 ........................................................................................... 1.3课题设计思路.................................................................................................................... 2SABER软件................................................ 2.1SABER简介 ..................................................................................................................... 2.2SABER仿真流程 ............................................................................................................. 2.3本章小结............................................................................................................................ 3三相桥式全控整流器的设计.................................. 3.1工作原理............................................................................................................................ 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 ..................................................................................... 3.2保护电路............................................................................................................................ 3.2.1 过电压产生的原因.......................................................................................................... 3.2.2 过压保护 (1) 3.2.3 过电流产生的原因 (1) 3.2.4 过流保护 (1) 3.3SABER仿真 (1) 3.3.1 设计规范 (1) 3.3.2 建立模型 (1)

高频开关电源设计与应用

电源网讯传统的工频交流整流电路，因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压，所以使电网的电流波形变成了尖脉冲，滤波电容越大，输入电流的脉宽就越窄，峰值越高，有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题，比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。 功率因数校正电路的目的，就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。使电源的工作特性就像一个电阻一样，而不在是容性的。 目前在功率因数校正电路中，最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。而按照输入电流的连续与否，又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式，因为控制简单，但输入电流不连续，峰值较高，所以常用在小功率场合。C CM模式则相反，输入电流连续，电流纹波小，适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式，这种模式通常采用变频率的控制方式，采集升压电感的电流过零信号，当电流过零了，才开通MO S管。这种类型的控制方式，在小功率PFC电路中非常常见。 今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。 要设计一个功率因数校正电路，首先我们要给出我们的一些设计指标，我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例： 已知参数： 交流电源的频率fac——50Hz 最低交流电压有效值Umin——85Vac 最高交流电压有效值Umax——265Vac 输出直流电压Udc——400VDC 输出功率Pout——600W 最差状况下满载效率η——92% 开关频率fs——65KHz 输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V 那么我们可以进行如下计算： 1，输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A 2，最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W 3，输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A 4，那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A 5，高频纹波电流取输入电流峰值的20%，那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A 6，那么输入电感电流最大峰值为：ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A 7，那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH 8，输出电容最小值为：Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF，实际电路中还要考虑hold up时间，所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。实际的电路中，我用了1320uF，4只330uF的并联。 有了电感量、有了输入电流，我们就可以设计升压电感了！ PFC电路的升压电感的磁芯，我们可以有多种选择：磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。这几种磁芯是各有优缺点，听我一一道来。

开关电源-高频-变压器计算设计

要制造好高频变压器要注意两点： 一是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕,不要选用单根粗铜线,简略地说便是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的实习是越挨近导线中轴电流越弱,越挨近导线表面电流越强。选用多股细铜线并在一同绕,实习便是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。 二是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的是削减高频漏感和降低分布电容。 1、次级绕组：初级绕组绕完，要加绕(3~5 层绝缘垫衬再绕制次级绕组。这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量，也增大了初级和次级之间的绝缘强度，契合绝缘耐压的需求。减小变压器初级和次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。若是开关电源的次级有多路输出，而且输出之间是不共地的为了减小漏感，让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。 若是这个次级绕组只要相对较少几匝，则为了改善耦合状况，仍是应当设法将它布满完好的一层，如能够选用多根导线并联的方法，有助于改善次级绕组的填充系数。其他次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。当开关电源多路输出选用共地技能时，处置方法简略一些。次级能够选用变压器抽头方式输出，次级绕组间不需要采用绝缘阻隔，从而使变压器的绕制愈加紧凑，变压器的磁耦合得到加强，能够改善轻载时的稳压功能。 2、初级绕组：初级绕组应放在最里层，这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短，从而使整个绕组的用线为最少，这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。通常状况下，变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组，可使变压器的漏感为最小。初级绕组放在最里边，使初级绕组得到其他绕组的屏蔽，有助于减小变压器初级绕组和附近器材之间电磁噪声的相互耦合。初级绕组放在最里边，使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端，可削减变压器初级对开关电源其他有些电磁打扰的耦合。 3、偏压绕组：偏压绕组绕在初级和次级之间，仍是绕在最外层，和开关电源的调整是依据次级电压仍是初级电压进行有关。若是电压调整是依据次级来进行的则偏压绕组应放在初级和次级之间，这样有助于削减电源发生的传导打扰发射。若是电压调整是依据初级来进行的则偏压绕组应绕在变压器的最外层，这可使偏压绕组和次级绕组之间坚持最大的耦合，而与初级绕组之间的耦合减至最小。 初级偏压绕组最佳能布满完好的一层，若是偏压绕组的匝数很少，则能够采用加粗偏压绕组的线径，或许用多根导线并联绕制，改善偏压绕组的填充状况。这一改善方法实际上也改善了选用次级电压来调理电源的屏蔽才干，相同也改善了选用初级电压来调理电源时，次级绕组对偏压绕组的耦合状况。 高频变压器匝数如何计算？很多设计高频变压器的人都会有对于匝数的计算问题，那么我们应该

MOSFET半桥驱动电路要点

半桥驱动电路要点 作者：万代半导体元件(上海)有限公司高级应用工程师葛小荣张龙来源:电子设计应用2009年第10期引言 MOSFET凭开关速度快、导通电阻低等优点在开关电源及电机驱动等应用中得到了广泛应用。要想使MOSFET在应用中充分发挥其性能，就必须设计一个适合应用的最优驱动电路和参数。在应用中MOSFET一般工作在桥式拓扑结构模式下，如图1所示。由于下桥MOSFET驱动电压的参考点为地，较容易设计驱动电路，而上桥的驱动电压是跟随相线电压浮动的，因此如何很好地驱动上桥MOSFET成了设计能否成功的关键。半桥驱动芯片由于其易于设计驱动电路、外围元器件少、驱动能力强、可靠性高等优点在MOSFET驱动电路中得到广泛应用。 桥式结构拓扑分析 图1所示为驱动三相直流无刷电机的桥式电路，其中L PCB、L S、L D为直流母线和相线的引线电感，电机为三相Y型直流无刷电机，其工作原理如下。 图1 桥式拓扑电路 直流无刷电机通过桥式电路实现电子换相，电机工作模式为三相六状态，MOSFET导通顺序为 Q1Q5→Q1Q6→Q2Q6→Q2Q4→Q3Q4→Q3Q5。 系统通过调节上桥MOSFET的PWM占空比来实现速度调节。 Q1、Q5导通时，电流(I on)由VDD经Q1、电机线圈、Q5流至地线，电机AB相通电。 Q1关闭、Q5导通时，电流经过Q5，Q4续流(I F)，电机线圈中的电流基本维持不变。 Q1再次开通时，由于Q3体二极管的电荷恢复过程，体二极管不能很快关断，因此体二极管中会有反向恢复电流(I rr)流过。由于I rr的变化很快，因此在I rr回路中产生很高的di/dt。

半桥驱动电路工作原理 图2所示为典型的半桥驱动电路。 图2 半桥驱动电路原理 半桥驱动电路的关键是如何实现上桥的驱动。图2中C1为自举电容，D1为快恢复二极管。PWM在上桥调制。当 Q1关断时，A点电位由于Q2的续流而回零，此时C1通过VCC及D1进行充电。当输入信号Hin开通时，上桥的驱动由C1供电。由于C1的电压不变，VB随VS的升高而浮动，所以C1称为自举电容。每个PWM周期，电路都给C1充电，维持其电压基本保持不变。D1的作用是当Q1关断时为C1充电提供正向电流通道，当Q1开通时，阻止电流反向流入控制电压VCC。D2的作用是为使上桥能够快速关断，减少开关损耗，缩短MOSFET关断时的不稳定过程。D3的作用是避免上桥快速开通时下桥的栅极电压耦合上升(Cdv/dt)而导致上下桥穿通的现象。 自举电容的计算及注意事项 影响自举电容取值的因素 影响自举电容取值的因素包括：上桥MOSFET的栅极电荷Q G、上桥驱动电路的静态电流I QBS、驱动IC中电平转换电路的电荷要求Q LS、自举电容的漏电流I CBS(leak)。 计算自举电容值 自举电容必须在每个开关周期内能够提供以上这些电荷，才能保持其电压基本不变，否则V BS将会有很大的电压纹波，并且可能会低于欠压值V BSUV，使上桥无输出并停止工作。 电容的最小容量可根据以下公式算出： 其中，V F为自举二极管正向压降，V LS为下桥器件压降或上桥负载压降，f为工作频率。 应用实例

ir2103 半桥驱动器

Half-Bridge Driver Features ? Floating channel designed for bootstrap operation ? Fully operational to +600V ? Tolerant to negative transient voltage ? dV/dt immune ? Gate drive supply range from 10 to 20V ? Undervoltage lockout ? 3.3V, 5V and 15V logic compatible ? Cross-conduction prevention logic ? Matched propagation delay for both channels ? Internal set deadtime ? High side output in phase with HIN input ? Low side output out of phase with LIN input Description The IR2103(S) are high voltage, high speed power MOSFET and IGBT drivers with dependent high and low side referenced output channels. Proprietary HVIC and latch immune CMOS technologies enable ruggedized monolithic construction. The logic input is compatible with standard CMOS or LSTTL output, down to 3.3V logic. The output drivers feature a high pulse current buffer stage designed for minimum driver cross-conduction. The floating channel can be used to drive an N-channel power MOSFET or IGBT in the high side configuration which operates up to 600 volts. Ordering Information Product Summary Package Options

高频开关电源设计

高频开关电源设计

目录 引言 (1) 1本文概述 (2) 1.1选题背景 (2) 1.2本课题主要特点和设计目标 (2) 1.3课题设计思路 (3) 2SABER软件 (4) 2.1SABER简介 (4) 2.2SABER仿真流程 (5) 2.3本章小结 (5) 3三相桥式全控整流器的设计 (7) 3.1工作原理 (7) 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 (8) 3.2保护电路 (8) 3.2.1 过电压产生的原因 (8) 3.2.2 过压保护 (8) 3.2.3 过电流产生的原因 (10) 3.2.4 过流保护 (10) 3.3SABER仿真 (13) 3.3.1 设计规范 (13) 3.3.2 建立模型 (13) 3.3.3 仿真结果 (14) 3.3.4 结果分析 (16) 3.4本章小结 (16) 4功率因素校正技术 (16) 4.1谐波 (16) 4.1.1 谐波的危害 (16) 4.1.2 谐波补偿和功率因素校正 (17) 4.2有源功率因数校正 (17) 4.2.1 APFC技术分类 (17) 4.2.2 临界导电模式APFC的控制原理 (18) 4.2.3 功率因素校正电路的缺点及解决方法 (20) 4.3本章小结 (20) 5软开关功率变换技术 (21)

5.1软开关技术的提出 (21) 5.1.1 开关损耗的成因 (22) 5.2软开关技术 (23) 5.2.1 软开关技术的一般实现方法 (24) 5.2.2 软开关的发展历程主要分类 (26) 5.3本章小结 (26) 6双管正激变换器的设计 (27) 6.1工作原理 (27) 6.2SG3525的功能介绍以及应用 (28) 6.2.1 SG3525基本工作原理和应用特点 (29) 6.2.2 SG3525在双管正激开关电源中的应用 (29) 6.3启动电路的改进 (31) 6.4SABER仿真 (31) 6.4.1 设计步骤简介 (31) 6.4.2 设计规范 (32) 6.4.3 开环设计（功率电路设计） (32) 6.4.4 调制器设计和闭环仿真 (36) 6.5仿真结果 (39) 6.6本章小结 (39) 7BOOST变换器的设计 (40) 7.1工作原理 (40) 7.2SABER仿真 (42) 7.2.1 设计规范 (42) 7.2.2 参数设计 (42) 7.2.3 仿真结果 (43) 7.3本章小结 (44) 8系统集成调试 (45) 9结论与展望 (46) 谢辞 (47) 参考文献 (48) 附录 (49)

MOSFET半桥驱动电路设计要领

MOSFET半桥驱动电路设计要领 作者：万代半导体元件(上海)有限公司高级应用工程师葛小荣张龙来源:电子设计应用2009年第10期引言 MOSFET凭开关速度快、导通电阻低等优点在开关电源及电机驱动等应用中得到了广泛应用。要想使MOSFET 在应用中充分发挥其性能，就必须设计一个适合应用的最优驱动电路和参数。在应用中MOSFET一般工作在桥式拓扑结构模式下，如图1所示。由于下桥MOSFET驱动电压的参考点为地，较容易设计驱动电路，而上桥的驱动电压是跟随相线电压浮动的，因此如何很好地驱动上桥MOSFET成了设计能否成功的关键。半桥驱动芯片由于其易于设计驱动电路、外围元器件少、驱动能力强、可靠性高等优点在MOSFET驱动电路中得到广泛应用。 桥式结构拓扑分析 图1所示为驱动三相直流无刷电机的桥式电路，其中L PCB、L S、L D为直流母线和相线的引线电感，电机为三相Y型直流无刷电机，其工作原理如下。 图1 桥式拓扑电路 直流无刷电机通过桥式电路实现电子换相，电机工作模式为三相六状态，MOSFET导通顺序为 Q1Q5→Q1Q6→Q2Q6→Q2Q4→Q3Q4→Q3Q5。 系统通过调节上桥MOSFET的PWM占空比来实现速度调节。 Q1、Q5导通时，电流(I on)由VDD经Q1、电机线圈、Q5流至地线，电机AB相通电。

Q1关闭、Q5导通时，电流经过Q5，Q4续流(I F)，电机线圈中的电流基本维持不变。 Q1再次开通时，由于Q3体二极管的电荷恢复过程，体二极管不能很快关断，因此体二极管中会有反向恢复电流(I rr)流过。由于I rr的变化很快，因此在I rr回路中产生很高的di/dt。 半桥驱动电路工作原理 图2所示为典型的半桥驱动电路。 图2 半桥驱动电路原理 半桥驱动电路的关键是如何实现上桥的驱动。图2中C1为自举电容，D1为快恢复二极管。PWM在上桥调制。当Q1关断时，A点电位由于Q2的续流而回零，此时C1通过VCC及D1进行充电。当输入信号Hin开通时，上桥的驱动由C1供电。由于C1的电压不变，VB随VS的升高而浮动，所以C1称为自举电容。每个PWM周期，电路都给C1充电，维持其电压基本保持不变。D1的作用是当Q1关断时为C1充电提供正向电流通道，当Q1开通时，阻止电流反向流入控制电压VCC。D2的作用是为使上桥能够快速关断，减少开关损耗，缩短MOSFET关断时的不稳定过程。D3的作用是避免上桥快速开通时下桥的栅极电压耦合上升(Cdv/dt)而导致上下桥穿通的现象。 自举电容的计算及注意事项 影响自举电容取值的因素 影响自举电容取值的因素包括：上桥MOSFET的栅极电荷Q G、上桥驱动电路的静态电流I QBS、驱动IC中电平转换电路的电荷要求Q LS、自举电容的漏电流I CBS(leak)。 计算自举电容值 自举电容必须在每个开关周期内能够提供以上这些电荷，才能保持其电压基本不变，否则V BS将会有很大的电压纹波，并且可能会低于欠压值V BSUV，使上桥无输出并停止工作。 电容的最小容量可根据以下公式算出：

基于UC3875的高频开关电源的设计

引言 近年来，随着电子技术的发展，邮电通信、交通设施、仪器仪表、工业设施、家用电器等越来越多地应用开关电源，随着科学技术的不断进步，对大功率电源的需求也就越来越大。与此同时大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多，要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。通常滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大，因此主要是靠减少它们的体积来实现小型化、轻量化。 我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率，但在提高开关频率的同时，开关损耗会随之增加，电路效率会严重下降。针对这些问题出现了软开关技术，它利用以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关电源能高频高效地运行，从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术，目前已比较成熟，下面以2KW的电源为例进行设计。 1.设计内容和方法 1.1主电路型式的选择 变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。在几种常用的变换电路中，因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍，由于市电电压较高，所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时，半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流，不易选管，输出功率较全桥小，所以采用全桥变换电路。 传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高。在移相控制技术的基础上，利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗，变换效率可达80%-90%，并且不会发生开关应力过大。所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制（PSC FB ZVS-PWM）变换电路。 移相控制全桥变换电路是目前应用最为广泛的软开关电路之一，它的特点是电路简单，与传统的硬开关电路相比，并没有增加辅助开关等元件。原理如图1所示，主要由四个相同的功率管和一个高频变压器压器组成。E为输入直流电压， T1～T4 为开关管， D1～D4 为体内二极管，C1 ～C4 为开关的输出电容。以第一个桥臂为例介绍，利用变压器漏感和功率输出电容C1 谐振，漏感储能向电容 C1释放过程中，使电容上的电压逐步下降到零，体内二极管D1开通，创造了T1 的ZVS条件。

30kHz半桥高频开关电源变压器的设计

30kHz半桥高频开关电源变压器的设计 Designof30kHzHigh－frequencySMPSTransformer 在传统的高频变压器设计中，由于磁心材料的限制，其工作频率较低，一般在20kHz左右。随着电源技术的不断发展，电源系统的小型化，高频化和高功率比已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此，研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积，提高电源输出功率比的关键因素。本文根据超微晶合金的优异电磁性能，通过示例介绍30kHz超微晶高频开关电源变压器的设计。 1变压器的性能指标 电路形式：半桥式开关电源变换器原理见图1： 工作频率f：30kHz 变换器输入电压Ui:DC300V 变换器输出电压U0:DC2100V 变换器输出电流Io:0.08A 整流电路：桥式整流 占空比D：1％～90％ 输出效率η:≥80％ 耐压：DC12kV 温升：＋50℃ 工作环境条件:－55℃～＋85℃ 2变压器磁心的选择与工作点确定 从变压器的性能指标要求可知，传统的薄带硅钢、铁氧体材料已很难满足变压器在频率、使用环境方面的设计要求。磁心的材料只有从坡莫合金、钴基非晶态合金和超微晶合金三种材料中来考虑，但坡莫合金、钴基非晶态价格高，约为超微晶合金的数倍，而饱和磁感应强度Bs却为超微晶合金2/3左右，且加工工艺复杂。因此，综合三种材料的性能比较（表1），选择饱和磁感应强度Bs高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的超微晶合金有利于变压器技术指标的实现。 表1（1）钴基非晶态合金和超微晶合金的主要磁性能比较

磁心工作点的选择往往从磁心的材料，变压器的工作状态，工作频率，输出功率，绝缘耐压等因素来考虑。超微晶合金的饱和磁感应强度Bs较高约为1.2T，在双极性开关电源变压器的设计中，磁心的最大工作磁感应强度Bm一般可取到0.6～0.7T，经特别处理的磁心，Bm可达到0.9T。在本设计中，由于工作频率、绝缘耐压、使用环境的原因，把最大工作磁感应强度Bm定在0.6T，而磁心结构则定为不切口的矩形磁心。这种结构的磁心与环形磁心相比具有线圈绕制方便、分布参数影响小、磁心窗口利用率高、散热性好、系统绝缘可靠、但电磁兼容性较差。 3变压器主要参数的计算 3.1变压器的计算功率 半桥式变换器的输出电路为桥式整流时，其开关电源变压器的计算功率为： Pt=UoIo(1＋1/η)(1) 将Uo=2100V,Io=0.08A,η=80％代入式（1），可得Pt=378W。 3.2变压器的设计输出能力 变压器的设计输出能力为： Ap=(Pt·104/4BmfKWKJ)1.16（2） 式中：工作频率f为30kHz，工作磁感应强度Bm取0.6T，磁心的窗口占空系数KW取0.2，矩形磁心的电流密度（温升为50℃时）KJ取468。经计算，变压器的设计输出能力AP=0.511cm4。 3.3变压器的实际输出能力 铁基超微晶铁心及超微晶软磁合金通过省级技术鉴定 1999年10月24日，由江西省科委等机关委托主持的对江西大有科技有限公司研制的新产品DY－ON型铁基超微晶磁铁心和超微晶软磁合金通过了省级技术鉴定，获得与会专家学者的高度评价，一致认为这两项产品性能稳定，各项技术指标分别达到美国UL94－P标准和国标GBm292－89技术要求，在国内同类产品中具有特色。 非晶态（超微晶）软磁合金，是90年代世界六大高科技新型材料之一，它具有优异的特点，目前国内市场供不应求，前景广阔。 联系人：江西省宜春市东风大街62号宜春地区粮食局（336000）方华平

高频开关电源的设计与制作(论文)

高频开关电源的设计与制作(论文) 《高频开关电源的设计与制作》论文版本,是提取了重点来简单论述的。这也是在毕业设计最后学校要求进行缩减后拿去参评校级优秀毕业设计的,当然这是获奖的啦!欢迎下载 参考!高频开关电源的设计与制作洛阳理工学院电气工程与自动化系黄贝利指导老师杨文方2011摘要：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。我们设计了以MOSFET作为功率开关器件采用脉宽调制(PWM)技术，输 出实时采样电压反馈信号，来控制输出电压变化的。本文具体介绍了其系统构成，工作原理，基本控制器结构、功能和特点。关键词：高频开关电源变换器SG3525 过流保护0. 前言随着电力电子技术的高速发展，开关电源不断向高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化方向发展。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。现在迫切需要物美价廉，能满足多种不同工况要求的多规格、多品种、系列化的高质量、高性能的高频高压开关电源。虽国内已有少数厂家生产高频高压开关电源，但价格昂贵。因此设计开发价格低廉的高频高压开关电压是大势所趋，具有良好的市场。[1] [2]1. 系统设计原理及其框图开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过

周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。其中DC／DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路检测输出电压变化，与基准电压研比较，误差电压经过放大及脉宽调制(PWM)电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。开关电源结构框图如图1所示：图1 开关电源结构框图2. 高频开关电源的电路设计2.1 电源输入滤波及桥式整流电源输 入滤波又称电磁干扰(EMI)，主要用于抑制电气噪声和消除电磁干扰。经滤波后送入桥式整流电路，将其整流得到所需的300V高压直流电，然后再送入功率变换器。图2 输入滤波电路图3桥式整流电路 《高频开关电源的设计与制作》论文版本,是提取了重点来简单论述的。这也是在毕业设计最后学校要求进行缩减后拿去参评校级优秀毕业设计的,当然这是获奖的啦!欢迎下载参考! 2.2 软启动电路 软启动电路是防止在开机瞬间产生浪涌电 流对电路个器件造成损坏而设置的。图4为采用 继电器K1和限流电阻R2构成。通过限流电阻R 2来对电容器充电，为了不使该限流电阻消耗过

基于UC3875的高频开关电源的设计

基于UC3875的高频开关电源的设计 (2011-10-13 16:42) 分类：开关电源 引言 近年来，随着电子技术的发展，邮电通信、交通设施、仪器仪表、工业设施、家用电器等越来越多地应用开关电源，随着科学技术的不断进步，对大功率电源的需求也就越来越大。与此同时大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多，要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。通常滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大，因此主要是靠减少它们的体积来实现小型化、轻量化。 我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率，但在提高开关频率的同时，开关损耗会随之增加，电路效率会严重下降。针对这些问题出现了软开关技术，它利用以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关电源能高频高效地运行，从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术，目前已比较成熟，下面以2KW的电源为例进行设计。 1.设计内容和方法 1.1主电路型式的选择 变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。在几种常用的变换电路中，因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍，由于市电电压较高，所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时，半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流，不易选管，输出功率较全桥小，所以采用全桥变换电路。 传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高。在移相控制技术的基础上，利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗，变换效率可达80%-90%，并且不会发生开关应力过大。所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制（PSC FB ZVS-PWM）变换电路。 移相控制全桥变换电路是目前应用最为广泛的软开关电路之一，它的特点是电路简单，与传统的硬开关电路相比，并没有增加辅助开关等元件。原理如图1所示，主要由四个相同的功率管和一个高频变压器压器组成。E为输入直流电压，T1～T4 为开关管， D1～D4 为体内二极管，C1 ～C4 为开关的输出电容。以第一个桥臂为例介绍，利用变压器漏感和功率输出电容C1 谐振，漏感储能向电容C1释放过程中，使电容上的电压逐步下降到零，体内二极管D1开通，创造了T1 的ZVS条件。