50W 谐振复位正激变换器设计

电力电子应用课程设计

班级电气3113 学号 1111221129 姓名姜飞虎

专业电气工程及其自动化

系别电气工程系

指导教师陈万丁卫红

淮阴工学院

电气工程系

2014年6月

前言

电力电子技术中，高频开关电源的设计主要分为两部分，一是电路部分的设计，二是磁路部分的设计。相对电路部分的设计而言，磁路部分的设计要复杂得多。磁路部分的设计，不但要求设计者拥有全面的理论知识，而且要有丰富的实践经验。在磁路部分设计完毕后，还必须放到实际电路中验证其性能。由此可见，在高频开关电源的设计中，真正难以把握的是磁路部分的设计。高频开关电源的磁性元件主要包括变压器、电感器。为此，本文将对高频开关电源变压器的设计，特别是正激变换器中变压器的设计，给出详细的分析，并设计出一个用于输入48V(36～75Vdc)，输出5Vdc/10A的正激变换器的高频开关电源变压器。

一、设计目的

通过本项目分析设计，加深学生对单管直流/直流变换电路的理解，掌握一般小功率DC/DC变换器主电路工作原理及相应控制方法，熟悉正激变换器中变压器复位的基本原理及相应的复位方式，熟悉开关电源中的磁性元件的设计方法；输入：36～75Vdc，输出：5Vdc/10A

二、设计任务

1、分析谐振复位正激电路工作原理，深入分析功率电路中各点的电压波形和各支路的电流波形；

2、根据输入输出的参数指标，计算功率电路的关键器件电压电流等级，并选取实际功率器件，设计正激变换器中脉冲变压器，包括原副边绕组匝数计算，导线选取，磁芯选择等。

3、焊接电路板，并调试。

三、总体设计

3.1开关电源的发展

开关电源被誉为高效节能电源，代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。

开关电源分为DC/DC和AC/DC两大类。前者输出质量较高的直流电，后者输出质量较高的交流电。开关电源的核心是电力电子变换器。按转换电能的种类，可分为直流-直流变换器（DC/DC变换器），是将一种直流电能转换成另一种或多

种直流电能的变换器；逆变器，是将直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器；整流器是将交流电转换成直流电的电能变换器和交交变频器四种。

开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前的小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化，另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。

3.2 DC/DC变换器的基本拓扑

3.2.1 概述

直流变换器按输出与输入间是否有电气隔离可分为两类：没有电气隔离的称为不隔离的直流变换器，有电气隔离的称为有隔离的直流变换器。

有隔离的变换器可以实现输入与输出间的电气隔离，通常采用变压器隔离，变压器本身具有变压的功能，有利于扩大变换器的应用范围。变压器的应用还便于实现多路不同电压或多路相同电压的输出。

3.2 .2 电路拓扑

变换器的电路拓扑多达上百种，包括降压式(Buck)变换器、升压式变换器、升降压式变换器、Cuk变换器、Zeta变换器、Sepic变换器、正激变换器、反激式变换器、推挽式变换器、半桥式变换器、全桥变换器等。在进行变换器的设计工作之前，首先要选择电路拓扑。这是一件非常重要的工作，其他所有的设计选择、元器件选择、磁芯元件设计、环路补偿等等都取决于它。如果电路拓扑发生改变，这些也必须随着改变。本课题要求研究降压式正激变换器，正激变换器具有电路结构简单、输入输出电压隔离、可以多路输出等优点，广泛应用在中小功率变换场合。

(1) 降压式(Buck)变换器

降压式变换器是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。具有电路简单，调整方便，可靠性高；对功率晶体管及续流二极管耐压的要求低；电源带负载能力强，电压调整率好等优点。但在这种电路中，功率晶体管和负载直接与整流电源串联，故万一晶体管被击穿时，负载两端的电压便升高到整流电源电压，负载会因承受过电压而损坏。

(2) 正激变换器

正激式变换器实际上是在降压式变换器中插入隔离变压器而成，变压器的引入，不仅实现了电源侧与负载侧间的电气隔离，也使该变换器的输出电压可以高于或低于电源电压，还可实现多输出。而Q 的占空比可在比较合理的范围内变化，通常选择在0.45上下变化，这时在同样输出功率下，Q 的计算功率较小。

这种变换器的优点是：可方便地实现交流电网和直流输出端机架之间的隔离；能方便的实现多路输出。在占空比的变化范围不能改变的情况下，可方便地通过改变高频变压器的匝比，使之满足交流电网电压在一定范围内变化时能稳压的要求。

四、器件选择

4.1变压器

在开关电源中的变压器其主要的目的是传输功率，将一个将电源的能量瞬时地传输到负载。此外，变压器还提供其他重要的功能：

(1)通过改变初级与次级匝比，获得所需要的输出电压； (2)增加多个不同的匝数次级，获得不同的多路输出电压；

(3)为了安全，要求离线供电或高压和低压不能共地，变压器方便地提供安全隔离。

在正激变换器中，变压器的主要作用不是储存能量而是纯粹的变压功能(即对输入电压进行升压或降压)。需要综合考虑占空比和匝比来进行设计。虽然储能能力常常是选择电感器的主要依据，但变压器储能仅是单纯的励磁能量，与负载电流无关，只随输入电压的变化而变化。确保变压器复位也是一个问题，它限制了变压器的占空比要保持低于0.45。

本设计要求输入电压为直流48V,波动值为36V-75V,输出电压为5V ，输出电流为10A,功率要求为50W 。

变压器输入输出电压关系式为：1

2

0N N DU U i ⨯

=

一般选择占空比D 为0.45,则N2/N1=25:108.所以为了使变压器在输入电压波动范围内都保持工作，因此变压器的匝比希望选择25:108。下面计算变压器的参数：