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1、半桥型开关电源的设计目录1 半桥稳压电源设计21.1 总体设计方案21.2 电路设计31.2.1 逆变回路设计31.2.2 输出整流滤波设计41.2.3 主电路设计41.2.4 控制电路51.2.5 总体电路图62 变压器的分析计算1011半桥稳压电源设计开关电源是现代电力电子设备不可或缺的组成部分，其质量的优劣直接影响设备性能，其体积的大小也直接影响到电子设备整体的体积。本设计根据设计任务,设计了相应的硬件电路，研制了 50W 半桥开关电源。整个系统包括主电路、控制电路和驱动电路三部分内容。系统主电路包括单相输入直流、半桥式逆变、高频交流输出、输出整流、输出滤波几部分。控制电路包括主电路开关
2、管控制脉冲的产生和保护电路。论文具体地介绍了主电路、控制电路、驱动电路等各部分的设计，包括元器件的选取以及参数计算。本文介绍一种半桥电路的开关电源，是输入为直流电 60V，输出直流电压5V，输出直流电流 10A ，最大功率 50W。1.1 总体设计方案整个设计分为三部分。一、主电路的设计，包括直流输入、半桥式逆变电路、输出整流、输出滤波。二、开关管的驱动电路。三、控制电路的设计，包括控制逆变电路开关管工作的脉冲输出、软启动、调占空比以及保护电路。半桥型开关稳压电源设计方案遵循开关电源的变换框图。如 1 图所示：直流输入输入滤波半 桥 逆输 出 整电路变电路流滤波图 1 开关电源变换由直流输入，
3、再由半桥开开关逆变得到高频交流电，经整流滤波后得到所需直流电。可供电子设备使用。首先，电源流入输入整流滤波回路将交流电通过整流模块变换成含有脉动成分的直流电，然后通过输入滤波电容将脉动直流电变为较平滑的直流电。其次，功率开关桥由控制电路提供触发脉冲把滤波得到的直流电变换为高频的方波电压，通过高频变压器传送到输出侧。最后，输出整流滤波回路将高频方波电压滤波成为所需的直流电压或电流。21.2 电路设计1.2.1 逆变回路设计逆变回路的基本原理在半桥式逆变电路中，变压器一次侧的两端分别连接在电容 C1,C2 的中点和开关 S1, S2 中点。电容 C1,C2 的中点电压为 Ui/2。S1 与 S2
4、交替导通，使变压器一次侧形成幅值为 Ui/2 的交流电压，改变开关的占空比，就可以改变二次侧整流电压 Ud 的平均值，也就改变了输出电压 Uo。半桥式电路的结构如图所示。S1 导通时，二极管 VD1 处于通态；S2 导通时，二极管 VD2 处于通态，当两个开关都关断时，变压器绕组 W1 中的电流为零，根据变压器的磁势平衡方程，绕组 W2 和 W3 中的电流大小相等，方向相反，所以 VD1 和 VD2 都处于通态，各分担一半的电流。S1 或 S2 导通是电感 L 的电流逐渐上升，两个开关都关断时，电感 L 的电流逐渐下降。S1 和 S2 断态时承受的峰值电压均为 Ui。由于电容的隔直作用，半桥型
5、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。1.2.2 输出整流滤波设计电源的能量输出通过高频变压器实现，其主要作用是电压变换、功率传递和实现输入输出之间的隔离，与普通电力变压器的功能相仿。因此，在绕制高频变压器时要尽量减小原、副边的漏感，从而减小功率开关管关断时的尖峰电压，降低损耗，提高效率。在副边使用全波整流的方式，然后由滤波电感和滤波电容共同完成输出滤波功能，使输出达到设计要求。3图 3 输出整流滤波电路图输出滤波电路包括电感、电容和两个二极管。经过整流滤波后即可得到所需直流稳压电
6、源。输出整流滤波电路是通过快恢复整流二极管的整流和滤波电感及滤波电容将高频变压器输出的高频交变电压或电流变换成符合要求的输出电压或电流。高频变压器副边选用全桥式整流，以提高安全可靠性。1.2.3 主电路设计半桥式开关电源主电路如图 5 所示。图中开关管 Q1、Q2 选用 MOSFET,电路的工作频率 100KHZ。因为它是电压驱动全控型器件,具有驱动电路简单、驱动功率小、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 C2、C3 组成。高频变压器初级一端接在 C2、C3的中点,另一端接在 Q1、Q2 的公共连接端,Q1、Q2 中点的电压等于直流
7、输入电压的一半,开关 Q1、Q2 交替导通就在变压器的次级形成幅值为 Vi/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VO 。Q1、Q2 断态时承受的峰值电压均为 Vi，C4、R11 和 C5、R12 为 MOS 管两端的吸收电路，C4 和 R11 用来吸收高频尖峰。41.2.4 控制电路控制电路是整个电源系统重要部位，由它控制整个电源的工作并实现相应的保护功能。一般来说，控制电路应具有以下功能:控制脉冲产生电路、电压反馈控制电路、占空比可调、软启动及各种保护电路等。根据电路功能的分工可将控制电路分为几大部分：脉冲产生电路、触发电路、电压反馈控制电路、软启
8、动电路、保护电路等。5脉冲产生电路是控制电路的核心。脉冲产生电路根据电压反馈控制电路信号产生出所需的脉冲信号保护电路以及软启动电路等提供的控制。电压反馈控制电路通过检测输出电压的大小，对输出电压进行分压采样，然后将采样电压和参考电压相比较得出误差信号来调节输出脉冲的脉宽达到调节输出电压的目的。设计电路的控制电路是整个电路的主要部分。目前实际产品应用中有各种典型的控制电路,鉴于对电源和驱动的要求,结合本次设计选择 SG3525。SG3525A 的内部结构见图 6：由基准电压调整器、振荡器、误差放大器、比较器、锁存器、欠压锁定电路、闭锁控制电路、软起动电路、输出电路构。SG3525 的特点 SG3
9、525 脉宽调制型控制器是美国通用电气公司的产品。它的主要特点是：1、输出级采用推挽输出，双通道输出。62、占空比 0-50%可调。3、每一通道的驱动电流最大值可达 200mA，灌拉电流峰值可达 500mA。可直接驱动功率 MOS 管。4、工作频率高达 400KHz。5、具有欠压锁定、过压保护和软启动等功能。6、可正常工作的温度范围是 0-700。7、基准电压为 5.1 V 士 1%。8、工作电压范围很宽，为 8V 到 35V。1.2.5 总体电路图由具体电路可得总体电路图 772变压器的分析EE40 卧式变压器说明如下：EE40 高频变压器具有绕制方便，价格适中，可靠性高的特点。EE 型变压器是基本型的铁氧体磁芯，性能稳定，成本低，电流大。广泛应用于电源转换和线路滤波。体积由小到大，满足各种应用电路的需求。 如使用耐温155或 180聚安脂漆包线，可满足不同的温度条件，适用于各种开关电源及逆变器，UPS 等。本设计所采用的变压器是根据实际电路需要匹配的，即绕线原边为 30 匝，辅助供电匝数为 11 匝，两个副边各位 3 匝，变压器变比：K = Ui / Uo*TON / TS =60/6*1/2=3电源功率：P=5*10=50W通过熟悉典型开关电源主电路的结构，元器件和工作原理，了解 PWM 控制与驱动电路的8原理和常用的集成电路以及反馈控制对电源稳压性能的影响。9