第16课 半桥式电源原理设计
开关电源半桥和全桥推挽电路工作原理
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半桥式开关电源原理
一种基于SG3525的半桥高频开关电源唐军，尹斌，马利军河海大学电气工程学院，江苏南京（210098 ）E-mail：jeefrain@摘 要：文中简要介绍了SG3525芯片的功能及内部结构，介绍了一款基于SG3525芯片的半桥高频开关电源。
给出了高频变压器、PWM 控制电路的设计方法，并给出了实验结果。
关键词： SG3525、开关电源、半桥、高频变压器1. 引言随着PWM技术的不断发展和完善，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。
2. SG3525芯片的工作原理PWM控制芯片SG3525 具体的内部引脚结构如图1及图2所示。
其中，脚16 为SG3525 的基准电压源输出，精度可以达到（5.1±1％）V，采用了温度补偿，而且设有过流保护电路。
脚5、脚6、脚7 内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。
振荡器还设有外同步输入端(脚3)。
脚1 及脚2 分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。
该放大器是一个两级差分放大器，直流开环增益为70dB 左右。
根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9 和脚1 之间一般要添加适当的反馈补偿网络。
图1 SG3525的引脚1图2 SG3525的内部框图3. 电源系统介绍本文设计的是250v/3A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MOSFET, 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。
半桥式开关电源设计
半桥式开关电源设计半桥式开关电源是一种常见的开关电源拓扑结构，广泛应用于电子设备中。
在半桥式开关电源中，将整个电源线路分为两个部分，每个部分分别由一个开关管和一个变压器组成。
这种设计能够提高电源的效率和功率密度，同时减少传导和辐射干扰。
1.选择开关管和变压器：开关管应具有较低的导通压降和开关损耗，以提高电源的效率。
变压器的选择应考虑到输入和输出电压的比例，同时保证在额定功率下具有足够的绝缘和耐压性能。
2.设计谐振网络：为了减少开关管的开关损耗和变压器的电流冲击，通常在输入端设置一个谐振网络。
谐振电容和电感的选择应确保在整个工作频率范围内实现临界谐振。
3.选择电源控制芯片：电源控制芯片是半桥式开关电源的核心组件，负责监测输入和输出电压，并根据需求控制开关管的导通和关断。
选择合适的电源控制芯片应考虑到电源的额定功率、工作频率和保护功能等。
4.控制策略设计：半桥式开关电源的控制策略包括电源开关频率调制和输出电压调节。
电源开关频率调制通过调整开关管的导通时间来实现，可以根据负载需求进行动态调整。
输出电压调节通常采用反馈控制，通过监测输出电压并调整开关管的导通时间来实现。
5.保护电路设计：保护电路是半桥式开关电源设计中不可或缺的部分，可以确保电源在故障情况下自动断开。
常见的保护电路包括过电流保护、过温保护和过压保护等。
6.PCB布局和散热设计：半桥式开关电源的布局和散热设计对电源的性能和可靠性有重要影响。
合理的PCB布局可以减少电源线路的互感和耦合，同时提供良好的散热通道，确保开关管和变压器的温度在可控范围内。
以上是半桥式开关电源设计的基本步骤，其中每个步骤都需要深入研究电源的性能需求和器件的选型。
在设计过程中还需要进行电源的仿真和测试，以确保设计的可靠性和稳定性。
同时，还需要考虑到电源的EMC（电磁兼容）设计，以减少传导和辐射干扰对其他设备的影响。
总之，半桥式开关电源的设计是一个综合性的工程，需要仔细考虑电源的性能需求和设计要求，选择合适的器件和控制策略，进行合理的布局和散热设计。
半桥电源原理
半桥电源原理
半桥电源原理是一种常见的电源拓扑结构，用于转换直流电压为交流电压，主要应用于交流电机驱动、逆变器等电力电子设备中。
其原理基于半导体开关的开关动作和电源电压的变换来实现电压转换。
半桥电源由两个功率开关管和变压器组成，其中一个开关管受控制信号控制，另一个开关管则是通过正弦波触发器控制。
变压器的一侧接直流电源，并连接一个滤波电容，另一侧则输出交流电压。
工作原理如下：当控制信号触发的开关管导通时，将直流电源的正极连接到变压器的一侧，同样地，当正弦波触发器触发的开关管导通时，将直流电源的负极连接到变压器的一侧，这个过程会反复进行。
当开关管导通时，直流电源的电流会通过变压器，变压器中的铁芯将磁能存储起来。
当开关管截止时，由于铁芯中的磁场发生变化，会引起变压器中的电感产生感应电动势，从而将储存的磁能转化为电能，并通过输出侧的滤波电容输出为交流电压。
这样，通过不断地开关动作，就可以实现从直流电压到交流电压的转换。
半桥电源的优点在于其简单的结构以及高效率。
在交流电机驱动中，半桥电源可以实现电机的转向控制和速度调节，提供了更广泛的应用。
此外，半桥电源还可以在逆变器应用中将直流电压转换为交流电压，用于家庭电器等领域。
总的来说，半桥电源原理通过控制开关管的导通和截止来实现直流电压到交流电压的转换，其简单可靠的结构使其在电力电子设备中得到广泛应用。
半桥式开关电源设计 电力电子技术课设
半桥式开关电源设计电力电子技术课设半桥式开关电源是一种常用的电力电子器件，广泛应用于各种电子设备中。
它具有高效率、稳定性好、体积小等优点，因此在电力电子技术领域中具有重要意义。
本文将介绍半桥式开关电源设计的背景和重要性。
本文档旨在说明设计半桥式开关电源的具体目标和要求。
以下是设计目标的详细说明：设计目标一：高效能通过优化电路拓扑和元件参数，实现高效的能源转换。
目标是在不牺牲电源稳定性的前提下，最大程度地减少能量损耗。
设计目标二：稳定性保证电源输出的稳定性和可靠性，以满足应用领域对电源质量的要求。
应考虑并解决可能存在的振荡、噪音和波动等问题。
设计目标三：自保护在电路发生异常情况（如过载、过温、短路等）时，能够及时自动切断输出，以保护电源和电路的安全性。
设计应考虑采用适当的保护措施，如过流保护、过温保护和过压保护。
设计目标四：成本效益在满足上述要求的前提下，尽量降低设计成本。
可通过选择适当的元件、合理布局和设计简洁的控制电路等方式来实现成本效益。
设计目标应指导整个半桥式开关电源的设计过程，确保设计出满足要求的高效、稳定、可靠且经济的电源系统。
选择元器件选择开关电源中的主要元器件，包括半桥式开关管、电、电感器等。
根据具体需求和性能要求，选择合适的型号和规格。
确定输入电压范围和输出功率，并根据这些数据选择合适的元器件参数。
电路分析进行半桥式开关电源的电路分析，包括开关管工作原理、电流路径等。
分析电路中的电流、电压、功率等参数，计算电路的效率和损耗。
电路优化根据电路分析的结果，进行电路优化。
可以尝试调整元器件参数、改进电路拓扑结构等方法来提高电路的性能。
优化电路的效率、稳定性和功率因数等指标，以满足设计要求并提高整体性能。
仿真验证使用电路仿真软件，如LTspice等，对设计的半桥式开关电源进行仿真验证。
分析仿真结果，验证电路的性能、稳定性和效率等指标是否满足设计要求。
硬件实现根据设计和仿真结果，进行半桥式开关电源的硬件实现。
开关电源半桥电路原理及注意事项
开关电源半桥电路原理及注意事项开关电源半桥电路原理及注意事项我们先来了解一下半桥电路的基本拓扑：上图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。
半桥电路工作原理：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：1、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。
半桥式(SPS)工作原理讲解PPT课件
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AC
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AC
SW1
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❖ 高壓橋式整流器(BD1)的作用與工作原理;
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半橋式(POWER)工作 原理講解
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N
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22uf5010uf50v電解電容開關電路晶體管ccee极電壓波形极電壓波形驅動電路加速電容電壓波形驅動電路加速電容電壓波形5vstand5vstandby電路原理圖電路原理圖r3r5c4d3r6d5d9c15d7c13c18r28l2c8r16r30u1q3r8r4zd1r9q4c9c10r7t2r27r26r19u2c11inputvcc5v5vstand5vstandby電路工作原理電路工作原理5vsb5vsb開關晶體管開關晶體管ccee极電壓波形极電壓波形5vsb5vsb整流二极體電壓波形整流二极體電壓波形控制電路原理圖控制電路原理圖vccgndricompvrefoppv33v5v12pgpsonfbc2c1ss161110r36d2712v5vd2414151312pson5vpg33v5vr46r39r62r60r57r45r51c24c26c21r35r41r42r44r63r58r4712vc30c20r38d275vt2r34r29q5q6r37r33c17d21d12d16d1933v反饋控制電路工作原理講解控制電路工作原理講解差動放大器的工作原理
半桥型开关稳压电源设计概要
半桥型开关稳压电源设计概要半桥型开关稳压电源（Half-Bridge Switching Regulated Power Supply）是一种常用的稳压电源设计方案。
它通过使用半桥拓扑结构和开关管进行高效的电压变换和稳压功能。
本文将详细介绍半桥型开关稳压电源的设计概要，包括其工作原理、主要组成部分以及设计要点。
希望能给读者提供有价值的信息和指导。
第一部分：工作原理半桥型开关稳压电源的基本工作原理是将输入电压经过整流滤波后，进入半桥拓扑结构中。
在半桥拓扑中，通过控制开关管的开关动作，可以实现对输出电压的调节和稳定。
开关管的开关动作产生高频脉冲信号，在同步整流器的作用下，经过滤波电容产生平滑的直流输出电压。
第二部分：主要组成部分1.输入滤波电路：主要由电源线滤波器和整流桥组成，用于对输入电压进行滤波和整流，减少电源的高频噪声。
2.半桥拓扑结构：由两个开关管和两个反极性二极管组成，其中一个开关管控制正极性瞬时输出，另一个开关管控制负极性瞬时输出。
通过控制两个开关管的开关动作，可以实现对输出电压的调节和稳定。
3.控制电路：主要由斩波器、驱动电路和反馈电路组成。
斩波器负责对两个开关管的触发信号进行脉冲宽度调制，驱动电路负责将斩波器生成的信号转化为开关管的驱动信号，反馈电路负责对输出电压进行反馈调节，保持输出电压的稳定性。
4.输出滤波电路：由电感和滤波电容组成，用于平滑输出电压，减少输出电压的纹波。
第三部分：设计要点设计半桥型开关稳压电源时需要注意以下要点：1.输入电压范围：根据实际需求选择适当的输入电压范围。
通常可以选择宽电压范围的开关电源模块，也可以通过选用不同的电源变压器进行调节。
2.输出电压和电流：根据实际需求确定输出电压和电流的大小。
可以通过选择不同的电感和电容参数进行调节。
3.开关管和反极性二极管：选择低导通压降和低反向恢复时间的开关管和反极性二极管，以提高电源的效率和稳定性。
4.控制电路设计：合理设计斩波器、驱动电路和反馈电路，确保开关管和反极性二极管的工作正常，以及输出电压的稳定性。
半桥型开关稳压电源设计
电力电子技术课程设计（论文）题目：半桥型开关稳压电源设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：注：平时：20% 论文质量60% 答辩20%以百分制计算摘要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子设备性能，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进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了250我半桥开关电源。
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整流、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及实验过程，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，是输入为单相交流170~260v，输入频率45~65HZ，输出直流电压24v，输出直流电流10A ，最大功率250w。
重点介绍该电源的构思、理论、工作原理及特点。
关键词：开关稳压电源；半桥；高频变压器目录第1章绪论 (1)1.1电力电子发展史 (1)1.2半桥型开关稳压电源概括 (2)1.2.1开关电源的概念 (2)1.2.2开关电源的分类 (2)1.3本文设计内容 (2)第2章半桥稳压电源设计 (4)2.1总体设计方案 (4)2.2电路设计 (4)2.2.1 输入整流滤波电路设计 (4)2.2.2逆变回路设计 (5)1.高频开关变换器的基本原理 (5)2.逆变回路的基本原理 (5)2.2.3输出整流滤波设计 (6)2.2.4主电路设计 (7)2.2.5保护电路 (7)2.2.6 控制电路 (8)2.2.7总体电路图 (10)第3章数据分析计算 (11)3.1器件的选择 (11)3.1.1输入整流器件 (11)3.1.2输出整流器件 (11)3．1.3元件选择 (11)3.1.4保护电路器件选择 (12)3.2具体参数设计 (13)3.4MATLAB电路仿真 (13)3.4.1MATLAB简介 (13)3.4.2仿真电路图 (13)第4章设计总结 (15)第4章设计总结 (15)参考文献 (16)第1章绪论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。
半桥式开关电源设计.
半桥式开关电源设计摘要随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广,电子设备的种类也越来越多,电子设备与我们的工作、生活的关系日益密切。
近年来,随着功率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术以及电源理论的快速发展,新一代的电源电路开始逐步取代传统的电源电路。
该电源电路具有体积小，控制灵活方便，输出特性好、纹波小、负载调整率高等显著优点。
由于开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，因此在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。
开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激式和单端反激式等形式。
本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计音响设备供电电源，利用BJT管作为开关管，可以提高电源变压器的工作效率，有利于抑制脉冲干扰，同时还可以减小电源变压器的体积。
关键词：TL494，PWM，半桥式电路，开关电源Design of Half Bridge Switching Power SupplyABSTRACTWith the rapid development of electronic technology, electronic systems, more and more extensive applications, the types of electronic equipment, more and more electronic equipment and people work and live closer and closer. In recent years, with the power electronic devices (such as IGBT, MOSFET), PWM switching power supply technology and development of the theory, a new generation of power began to gradually replace the traditional power supply circuits. The circuit is small, flexible to control the output characteristics of a good, ripple, load adjustment rate and so on.Switching power supply in the power adjustment control work in the off state, with low power consumption, high efficiency, wide voltage range, low temperature rise, and other outstanding advantages of small size, the communication equipment, CNC equipment, Instrumentation, video audio, home appliances so widely used in electronic circuits. High frequency converter switching power supply so many forms of commonly used with push-pull converter, full bridge, half bridge, single-ended forward and the form of single-ended flyback. In this thesis, two-side driver IC - TL494 PWM pulse output of the controller design car audio power supply in use as a switch MOSFET, can improve the efficiency of the power transformer, is conducive to impulse noise suppression, but also can reduce the size of the power transformer.KEY WORDS:TL494, PWM, Half bridge circuit, Switching power目录前言 (1)第1章开关电源基础技术 (2)1.1 开关电源概述 (2)1.1.1 开关电源的工作原理 (2)1.1.2 开关电源的构成 (3)1.1.3 开关电源的特点 (4)1.2 开关电源典型结构 (4)1.2.1 串联开关电源结构 (4)1.2.2并联开关电源结构 (5)1.2.3 正激式结构 (6)1.2.4 反激式结构 (7)1.2.5 半桥型结构 (8)1.2.6 全桥型结构 (9)1.3 开关电源的技术指标 (10)第2章半桥变换电路 (12)2.1 半桥变换电路工作原理 (12)2.2 半桥变换电路的应用 (13)2.3 半桥变换电路中应注意的问题 (14)2.3.1 偏磁问题 (15)2.3.2 用作桥臂的两个电容选用问题 (15)2.3.3直通问题 (16)2.3.4 半桥电路的驱动问题 (17)2.4 双极结型晶体管 (17)2.4.1结构和定义 (17)2.4.2 三极管的特性曲线 (19)第3章脉宽调制芯片TL494应用分析 (23)3.1 TL494管脚图 (23)3.2 TL494内部电路介绍 (23)3.3 TL494管脚功能及参数 (24)3.4 TL494脉宽调压原理 (26)第4章TL494在DC-DC变换中的应用 (28)4.1 音响设备电源简述 (28)4.2音响供电电路分析 (28)第5章PCB设计制作 (31)5.1 PCB的设计制作步骤 (31)5.2 注意事项 (33)5.2.1 特殊元件的布局 (33)5.2.2布线处理 (34)结论 (35)谢辞 (36)参考文献 (37)附录 (39)外文资料翻译 (40)前言电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。
半桥型开关电源动画原理
半桥型开关电源动画原理
半桥型开关电源是一种常见的电源转换器，通过交替控制开关管的导通和断开，将直流电源转换成高频脉冲信号，再经过输出变压器和滤波电路处理后，得到所需要的输出电源。
下面将围绕半桥型开关电源的工作原理进行详细的分步骤阐述。
第一步，电源输入电压经过整流电路变成直流电压。
直流电压通过半桥型开关电源的输入端口进入半桥型开关电源。
第二步，直流电压进入输入电容器，电容器在电压上升时充电，在电压下降时放电。
电容器的作用是对电源中的高频噪声进行抑制，并能够保证稳定的输入电压。
第三步，直流电压经过电感进入输出电路。
电感的作用是对电源中的高频噪声进行滤波，以及保证输出电路的稳定性。
第四步，直流电压进入输出电容器。
电容器在电压上升时充电，在电压下降时放电。
电容器的作用是对输出电压进行平滑处理，从而提供稳定的输出电压。
第五步，半桥型开关电源中的两个开关管（一般为MOS管）交替导通和断开，控制直流电源的脉冲输出。
开关管1和开关管2交替控制电源的正负半周的工作，生成高频脉冲信号。
第六步，高频脉冲信号进入输出变压器。
变压器根据高频信号的作用，将电压变换成需要的输出电压，并且将电压的大小进行匹配，这个匹配过程可以通过变压器中的变比来实现。
第七步，经过变压器后的信号进入输出滤波电路，进行最后的平滑处理和去除高频噪声的过滤。
因此，以上是半桥型开关电源的工作原理的分步骤阐述。
半桥型开关电源不仅可以用于电子产品、通信设备，还可以用于医疗设备、安防系统、新能源车辆等领域，并具有体积小，效率高的优点，是现代电子技术中的重要组成部分。
开关电源半桥的设计
开关电源半桥的设计开关电源是现代电子设备中常用的一种电源形式，其设计和工作原理对于电子工程师来说至关重要。
其中，半桥拓扑结构是开关电源中常用的一种形式。
本文将围绕开关电源半桥的设计展开讨论，介绍其原理、关键设计要点以及一些常见问题和解决方案。
一、半桥拓扑结构简介开关电源半桥拓扑结构是一种常见的电源设计方案，其由两个功率开关管组成，分别连接到电源和负载上。
这两个开关管可以分别控制转换管的导通和关断，实现电能的转换和输出。
半桥拓扑结构相比其他拓扑结构具有较好的效率和性能，因此被广泛应用于各种电子设备中。
二、半桥拓扑的工作原理在半桥拓扑结构中，两个功率开关管可以分别控制转换管的导通和关断。
当电源开关管导通时，电源电压通过变压器传递给负载。
负载吸收电能，同时能量也存储在输出电容中。
当电源开关管关断时，转换管上的电压将反向传递到负载，并通过反向二极管回流到电源侧。
通过不断地切换导通和关断状态，半桥拓扑结构实现了电能的高效转换和输出。
三、半桥拓扑设计的关键要点1.功率开关管的选取：功率开关管是半桥拓扑结构中最关键的元件之一，其性能直接影响到整个开关电源的效率和稳定性。
在选取功率开关管时，需要考虑其导通电阻、开关速度、耐压能力等参数，以确保在高负载和高频率工作条件下能够正常工作。
2.驱动电路的设计：半桥拓扑结构需要一个有效的驱动电路来控制功率开关管的导通和关断。
驱动电路应具备良好的隔离性能、快速响应能力和合适的电流和电压控制能力。
常见的驱动电路包括光耦隔离驱动、变压器驱动和门极驱动等。
3.变压器的设计：变压器是半桥拓扑结构中必不可少的元件，用于实现电源和负载之间的电能传递。
在设计变压器时，需要考虑电源电压、负载电流、变压比和功率损耗等因素，并根据需求选择合适的铁芯材料和线圈参数。
4.保护电路的设计：开关电源在工作中可能会遇到各种异常情况，如过压、过流、短路等。
为了保护开关电源和负载的安全，需要设计合适的保护电路，及时检测和响应异常情况，并采取相应的措施，如切断电源、降低输出电流等。
半桥式开关电源设计
开关电源在工业自动化中的应用
工业自动化设备对电源的稳定性和可靠性要求较高
• 半桥式开关电源具有较高的转换效率和稳定性，适用于工业自动化设备
• 可以为工业自动化设备提供稳定的电源，保证设备运行精度和稳定性
开关电源在工业自动化中的应用实例
• 变频器电源系统：为变频器设备提供稳定的直流电源
• 伺服系统电源：为伺服系统设备提供稳定的直流电源
• 主电路的设计直接影响电源的性能和可靠性
作
• 设计合适的滤波电感和电容，保证输出电压的稳定性和
纹波系数
控制电路设计与分析
控制电路是半桥式开关电源的大脑
控制电路的设计要点
• 负责控制开关管的开关状态，实现电压的调节
• 选择合适的控制算法，如PWM控制、PFM控制等
• 控制电路的设计直接影响电源的稳定性和性能
减小输出纹波与噪声的策略
减小输出纹波与噪声是提高半桥式开关电源性能的关键
• 可以保证输出电压的稳定性和可靠性
• 有助于提高设备的运行精度和稳定性
减小输出纹波与噪声的策略
• 优化滤波电感和电容的设计，提高滤波效果
• 采用多级滤波和屏蔽措施，降低电磁干扰
• 提高控制电路的性能，减小误差信号，提高调节精度
• 过电流保护：采用电流限制器或熔断器，防止电源因过电流而损坏
• 短路保护：采用温度保险丝或过流保护器，防止电源因短路而损坏
03
半桥式开关电源的电路设计与分析
主电路设计与分析
主电路是半桥式开关电源的核心部分
主电路的设计要点
• 负责实现电压的斩波和滤波
• 选择合适的开关器件和驱动电路，保证开关管的正常工
滤波电感与电容的设计与应用
滤波电感和电容是半桥式开关电源的重要组成部分
第16课_半桥式电源原理设计
2012-5-7
过流保护电路
为增强电源可靠性，此电源采用初、次级两级过流保 护。初级采用电流互感器CT1检测初级变压器电流，检 测出的电流信号经R60转为电压信号后，再经D2～D4， C9整流滤波后，经过电位器RV3分压，反相器N3反相 后加在Q1管基极。当初级电流超过正常时，反相器反 转，Q1管导通，将VREF=5V的高电平加在TL494脚4上 （脚4为TL494死区控制脚、高电平关断），TL494关 断。 输出直流总线上过流保护，采用R45～R56电阻做为采 样电阻，当输出电流增加时脚15电平变低，当输出电 流大于40A的105％时，TL494的内部运放动作，脚3电 平升高，限制输出脉宽增加，电源处于限流状态。
2012-5-7
磁芯选用
选取磁芯材料和磁芯结构 ： 选用R2KB铁氧体材料制成的EE型铁氧体磁 芯。其具有品种多，引线空间大，接线操作方 便，价格便宜等优点。 确定工作磁感应强度Bmax ： R2KB软磁铁氧体材料的饱和磁感应强度 Bsat=0.47T，考虑到高温时Bsat会下降，同时 为防止合闸瞬间高频变压器饱和，选定磁感应 强度Bmax=Bsat/3=0.15T。
2012-5-7
主要技术指标
1）交流输入电压AC220V±20％； 2）直流输出电压4～16V可调； 3）输出电流0～40A； 4）输出电压调整率≤1％； 5）纹波电压Upp≤50mV； 6）显示与报警具有电流/电压显示功能及 故障告警指示。
2012-5-7
基本工作原理及原理框图
220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到约300V 的直流电压加到半桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列 脉冲信号去驱动功率MOS管，通过功率变压器的耦合和隔离 作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到 稳定的直流输出电压。
半桥型开关稳压电源
600W半桥型开关稳压电源设计摘要本次设计主要是设计一个600W半桥型开关稳压电源，从而为负载供电。
电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。
由于开关电源本身消耗的能量低，电源效率比普通线性稳压电源提高一倍，被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。
它的效率可达85％以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。
本文介绍了一种采用半桥电路的开关电源，其输入电压为单相170 ~ 260V，输出电压为直流12V恒定，最大电流50A。
从主电路的原理与主电路图的设计、控制电路器件的选取、保护电路方案的确定以及计算机仿真图形的绘制与波形分析等方面的研究。
关键词：半桥变换器；功率MOS管；脉宽调制；稳压电源；第1章绪论1.1 电力电子技术概况电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。
通常所说的模拟电子技术和数字电子技术属于信息电子技术。
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。
目前所用的电力电子器件采用半导体制成，故称电力半导体器件。
信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。
电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心，伴随变换技术和控制技术的发展而发展的。
电力电子技术可以理解为功率强大，可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比，其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下，器件发热、运行效率的问题。
为了解决发热和效率问题，对于大功率的电子电路，器件的运行都采用开关方式。
这种开关运行方式就是电力电子器件运行的特点。
电力电子学这一名词是20世纪60年代出现的，“电力电子学”和“电力电子技术”在内容上并没有很大的不同，只是分别从学术和工程技术这2个不同角度来称呼。
电力电子学可以用图1的倒三角形来描述，可以认为电力电子学由电力学、电子学和控制理论这3个学科交叉而形成的。
半桥电路工作原理及应用概述
半桥电路工作原理及应用概述半桥电路是一种特殊的直流-交流（DC-AC）电路，它采用两个开关管或晶体管以及一个变压器来实现将直流电源转换为交流输出。
半桥电路工作原理非常简单，但具有广泛的应用。
半桥电路的基本工作原理是，通过交替地打开和关闭两个开关管，将直流电源的正负极性变换，并通过变压器将其升压或降压，最终获得具有所需频率和幅值的交流输出。
其中一个开关管被称为“高边开关”，另一个称为“低边开关”。
高边开关将直流电源的电流引向变压器，而低边开关将其分离。
半桥电路的优点之一是可以实现较高的电压效率。
由于开关管在开启时具有很低的电阻，因此可以降低功耗。
此外，与全桥电路相比，半桥电路的控制电路更为简单，成本更低。
半桥电路的应用非常广泛。
以下是一些典型的应用场景：1.嵌入式系统：半桥电路常用于嵌入式电源系统中。
它可以将嵌入式系统的直流电源转换为所需的交流电源，以供各种电子设备使用。
2.太阳能逆变器：太阳能电池板产生的直流电需要转换为交流电以供电网使用。
半桥电路通过逆变器的操作将直流电转换为交流电，以便将太阳能电能注入到电网中。
3.电动汽车充电器：电动汽车充电器需要将交流电源转换为所需的直流电压和电流，以便为电动汽车充电。
半桥电路可用于实现充电器的逆变功能。
4.可变频率驱动器：半桥电路可用于变频器中，将直流电源转换为所需的交流电源，以驱动交流电动机。
变频器可实现电机的速度和扭矩控制。
5.高频电源：半桥电路可以用于制作高频电源，用于激励电子设备中的压板、感应线圈等。
总之，半桥电路是一种常用的电力转换电路，其工作原理简单，成本较低，因此在各种电子设备和电力系统中有着广泛的应用。
无论是嵌入式系统、太阳能逆变器、电动汽车充电器还是可变频率驱动器，半桥电路都能够实现所需的电源转换和控制功能，满足不同应用的需求。
半桥电源的原理和结构
半桥电源的原理和结构
半桥电源是一种常用的电源结构，其原理和结构如下：
原理：
半桥电源利用两个开关管（一般为MOSFET或IGBT）以及一个变压器构成。
当一路开关管导通时，电源的正极与变压器的副边相连，负极与地相连，输出正电压；而另一路开关管导通时，电源的负极与变压器的副边相连，正极与地相连，输出负电压。
通过交替控制两个开关管的导通状态，可以产生交流电源。
结构：
半桥电源由以下部分组成：
1. 整流电路：用于将输入的交流电源转换为直流电压。
可以采用整流桥等电路。
2. 滤波电路：用于滤除整流后的直流电源中的纹波部分，得到平稳的直流电压。
3. 控制电路：用于控制两个开关管的导通状态，根据需要来产生正负电压输出。
4. 变压器：一般为中心引线的反向变压器，用于将输入交流电压转换为输出的正负电压。
在实际应用中，半桥电源常用于直流电机驱动、电池充电、变频器等领域，在一些特殊场合也可用于产生高频脉冲电压、逆变电路等应用中。
半桥式开关稳压电源设计
绪论1．开关电源的发展过程开关电源是利用现代电力电子技术，采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率（占空比），调整输出电压，维持输出稳定的一种电源。
早在20世纪80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机电源换代，进入90年代开关电源已广泛应用在各种电子、电器设备，程控交换机、通讯、电力检测设备电源和控制设备电源之中。
开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。
开关电源和线性电源相比，两者的成本都随着输出功率的增加而增长，但两者增长速率各异。
线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。
随着电力电子技术的发展和创新，使的开关电源技术也不断的创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，从而为开关电源提供了广阔的发展空间。
开关电源高频化使其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源更进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
2.开关电源技术的发展趋势开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。
由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各在开关电源制造商都致力同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs）下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。
SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小薄。
开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。
对联高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。
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匝比用下公式计算： Np/Ns=Upmin/Vop
这里的Vop由三方面决定：Vout=Vo+Vo×10%=17.6V； 二极管压降：Vd=1V；
滤波电感压降：VL=0.2V； 输出占空比为：0.8，则： Vop=（Vout+Vd+VL）/0.8=23.5V，所以： Ns=Np×Vop/Upmin=10×23.5/105.6=2.3这里取2匝。
2020/11/16
磁芯选用
选取磁芯材料和磁芯结构 ： 选用R2KB铁氧体材料制成பைடு நூலகம்EE型铁氧体磁
芯。其具有品种多，引线空间大，接线操作方 便，价格便宜等优点。 确定工作磁感应强度Bmax ：
R2KB软磁铁氧体材料的饱和磁感应强度 Bsat=0.47T，考虑到高温时Bsat会下降，同时 为防止合闸瞬间高频变压器饱和，选定磁感应 强度Bmax=Bsat/3=0.15T。
由厂家手册知，EE55磁芯的Ae=3.54cm2，Ac=3.1042cm2,则 Ae×Ac=10.9cm4，EE55磁芯的Ae×Ac值大于计算值，选定该磁芯。
2020/11/16
计算原副边绕组匝数1
按输入电压最低及输出满载的情况（此时占空 比最大）来计算原副边绕组匝数，已知 Uinmin=176V经整流滤波后直流输入电压 Udcmin=1.2×176=211.2V；
2020/11/16
主要技术指标
1）交流输入电压AC220V±20％； 2）直流输出电压4～16V可调； 3）输出电流0～40A； 4）输出电压调整率≤1％； 5）纹波电压Up p≤50mV； 6）显示与报警具有电流/电压显示功能及
故障告警指示。
2020/11/16
基本工作原理及原理框图
220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到约300V 的直流电压加到半桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列 脉冲信号去驱动功率MOS管，通过功率变压器的耦合和隔离 作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到 稳定的直流输出电压。
2020/11/16
磁芯选用
计算并确定磁芯型号 ： 磁芯的几何截面积Ae和磁芯的窗口面积Ac与输出功率Po存在一定的函数
关系。对于半桥变换器，当脉冲波形近似为方波时为： Ae×Ac=Po×104/2.6η×fs×Bmax×d×Kc×Ku （1） 式中η——效率；
d——电流密度，一般取300～500A/cm2 ； Kc——磁芯的填充系数，对于铁氧体Kc=1； Ku——铜的填充系数，Ku与导线线径及绕制的工艺及绕组数量等有关，一 般为0.1～0.5左右。 各参数的单位是： Po—W，Ae—cm2，Ac—cm2，Bmax—T，fs—Hz，d—A/cm2。 取Po=640W，Ku=0.3，d=300A/cm2，η=0.8，Bmax=0.15T，代入式（1）得 Ae×Ac=4.558cm4
2020/11/16
主要功能描述
交流EMI滤波及整流滤波电路
2020/11/16
主要功能说明
电子设备的电源线是电磁干扰（EMI）出入电子设备的一个重 要途径，在设备电源线入口处安装电网滤波器可以有效地切断这 条电磁干扰传播途径，本电源滤波器由带有IEC插头电网滤波器 和PCB电源滤波器组成。IEC插头电网滤波器主要是阻止来自电网 的干扰进入电源机箱。PCB电源滤波器主要是抑制功率开关转换 时产生的高频噪声。
对于半桥电路、功率变压器初级绕组上施加的 电压等于输入电压的一半，即： Upmin=Udcmin/2=105.6V 设最大占定比：Dmax=0.9，则： Tonmax=T×Dmax=20×0.9=18μs
2020/11/16
计算原副边绕组匝数2
可以用下公式计算： Np=（Upmin×105）/4×fs×Bmax×Ae =105.6×105/4×50×103×1.5×3.54 =9.9=10
2020/11/16
计算原副边绕组线径
原边绕组的线径： Irms=2.79Po/Upmin=2.79×640/105.6 =17A
半桥开关电源的设计
在科研、生产、实验等应用场合，经常用 到电压在5～15V，电流在5～40A的电源。而 一般实验用电源最大电流只有5A、10A。为此 专门开发了电压4V～16V连续可调，输出电流 最大40A的开关电源。它采用了半桥电路，所 选用开关器件为功率MOS管，开关工作频率为 50kHz，具有重量轻、体积小、成本低等特点。
2020/11/16
功能原理图
2020/11/16
半桥式功率变换器
该电源采用半桥式变换电路，如下 图所示，其工作频率50kHz，在初级一侧 的主要部分是Q4和Q5功率管及C34和 C35电容器。Q4和Q5交替导通、截止， 在高频变压器初级绕组N1两端产生一幅 值为U1/2的正负方波脉冲电压。能量通 过变压器传递到输出端，Q4和Q5采用高 电压IRFP460功率MOS管。
2020/11/16
功率变压器的设计
工作频率对电源的体积、重量及电 路特性影响很大。工作频率高，输出滤 波电感和电容体积减小，但开关损耗增 高，热量增大，散热器体积加大。因此 根据元器件及性价比等因素，将电源工 作频率进行优化设计。
本电路的频率为：fs=50kHz，则 T=1/fs=1/50kHz=20μs
2020/11/16
半桥开关电源
概述 半桥式变换器是离线开关电源比较好的结构形式，
初级开关管电压应力由于是两个管子来承担因而可以 减少一半。
在相同的基极脉冲宽度的触发下，如一个管子较慢 的关断而另一个管子较快的关断，在第一个管子的连 接处的电压将会受到影响，这会影响第一只管子延迟 关闭，如这种不平衡去驱动变压器，将会发生偏磁， 导致磁芯出现饱和、增大开关管D极电流降低效率，使 开关管烧坏。串一电容可解决这问题。