#24V5A半桥式直流开关电源设计报告

电力电子课程设计报告直流开关电源的设计

学院：信息科学与工程学院专业：电气工程及其自动化班级：

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指导教师：

日期：2013年8月21日

目录

1.课题任务介绍 0

1.1 技术参数： 0

1.2 设计要求： 0

2.直流开关电源总体认知 0

2.1开关电源的概念 0

2.2直流开关电源基本结构 0

2.3直流开关电源的工作原理 (1)

3.直流开关电源设计流程 (1)

3.1输入整流电路设计 (1)

3.1.1单相桥式输入整流电路设计 (1)

3.1.2变压器参数计算： (2)

3.1.3整流管参数计算 (2)

3.1.4滤波电容计算 (2)

3.2 DC/DC变换器设计 (2)

3.2.1 DC/DC变换器总体概述 (2)

3.2.2 半桥式DC/DC典型电路如下 (3)

3.2.3 PWM DC/DC变换器的工作原理 (3)

3.2.4 DC/DC变换器参数计算 (4)

3.3输出滤波整流电路设计 (7)

3.3.1输出整流电路图 (7)

3.3.2 输出电感的设计 (8)

3.3.3 输出电容的计算 (9)

3.3.4 整流输出二极管计算 (10)

3.4 驱动电路设计 (10)

3.4.1 MOSFET管的基本工作原理 (10)

3.4.2 IR2110芯片介绍 (12)

3.4.3 半桥驱动电路分析图如下 (13)

3.4.4 半桥驱动器器件参数选择 (15)

3.5 PWM控制电路设计 (15)

3.5.1 PWM控制变换原理 (15)

3.5.2 SG3525的封装图 (16)

3.5.3 SG3525芯片介绍 (17)

3.5.4 SG3525参数计算 (17)

3.6 反馈电路设计 (17)

4. 电路原理图与波形图汇总 (18)

4.1 电路原理图 (18)

4.1.1 主电路原理图 (18)

4.1.2 PWM控制电路原理图 (18)

4.1.3 驱动电路原理图 (19)

4.2 各部分电路波形图 (19)

4.2.1 单相桥式整流电路电压波形图 (19)

4.2.2 MOSFET驱动电路波形 (20)

5. 主电路元器件清单 (20)

6. 电路仿真 (21)

6.1 仿真技术总体简介 (21)

6.2 SPICE和PSPICE仿真程序介绍 (21)

6.3 仿真图表 (21)

6.3.1 平均整流输入电压如下 (21)

6.3.2 交流输入均方根电压如下 (22)

6.3.3 平均桥二极管 Pd (22)

6.3.4 峰值到峰值输出纹波电压 (23)

6.3.5 频率 (23)

6.3.6 效率 (24)

6.3.7 总输出功率 (25)

7. 设计总结与感想 (25)

8. 致谢 (26)

9. 参考文献 (26)

1.课题任务介绍

1.1 技术参数：

装置输入电源为单相工频交流电源（220V+20％），输出电压V o=24V ，输出电流I o=5A ，最大输出纹波电压100mV ，工作频率f =100kHz 。

1.2 设计要求：

1) 设计主电路，建议主电路为：整流部分是桥式二极管整流，大电容滤波，DC/DC 部分采用半桥变换器，主功率管用MOSFET ；

2) 选择主电路所有图列元件，并给出清单；

3) 设计MOSFET 驱动电路及控制电路；

4) 绘制装置总体电路原理图，绘制：①单相桥式整流电路各点电压波形；②MOSFET 驱动电压、全桥电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（将①②波形分别汇总绘制，注意对应关系）；

5) 利用仿真软件分析电路的工作过程

6) 编制设计说明书、设计小结。

2.直流开关电源总体认知

2.1开关电源的概念

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关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。直流开关电源功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的直流电压（精电）。

2.2直流开关电源基本结构

直流开关电源的核心是DC/DC 转换器。因此DC/DC 转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。直流DC/DC 转换器按输入与输出之间是否有电气隔离分为隔离式和非隔离式转换器。开关电源大致由主电路、控制电路、检测电路、辅助220V

交流输入 整流滤波 DC/DC 变换器 输出整流 取样反馈 驱动器 直流输出 PWM

电源四大部分组成。

2.3直流开关电源的工作原理

PWM开关电源的工作过程是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在晶体管上的伏安乘积（即功率半导体器件上所产生的损耗）是很小的，通过斩波把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

3.直流开关电源设计流程

3.1输入整流电路设计

3.1.1单相桥式输入整流电路设计

整流是将交流电变成脉动直流电的过程。电源变压器输出的交流电经整流电路得到一个大小变化但方向不变的脉动直流电。整流电路是由具有单向导电性的元件例如二极管、晶间管等整流元件组成的。

设计要求主电路为桥式二极管整流，单相桥式整流电路分为单相桥式半控整流电路和单相桥式全波整流电路两种，半控整流电路为了防止失控现象，必须加续流二极管，而单相桥式全控整流电路此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，也不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率高，基于以上优点，采用单相桥式全控电路，它是由四个二极管接成电桥的形式构成的，四个二极管分为两组，正负半周轮流导通，但负载上电流方向不变，为全波整流。单相半波整流电路如图（一）所示

图（一)单相桥式整流滤波电路