基于UC3525半桥式开关电源变换器的设计

毕业设计开题报告

题目：基于UC3525半桥式开关电源变换器的设计

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黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告

题目基于UC3525半桥式开关电源变换器的设计来源工程实际

1、研究目的和意义

桥式拓扑开关管的稳态关断电压等于直流输入电压，而不像推挽、单端正激或交错正激拓扑那样为输入电压的两倍。所以桥式拓扑结构广泛用于直接电网的离线式变换器。而对于推挽等拓扑来说，两倍的电网整流电压将超过其开关管的安全耐压容限。为此，输入网压为220V或更高的场合几乎都是采用桥式拓扑。

桥式拓扑的另一优点是，能将变压器初级侧的漏感尖峰电压钳位于直流母线电压，并将漏感储存的能量归还到母线，而不是消耗于电阻元件。

半桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源一样，由于两个开关管轮流交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。因此，半桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高，经桥式整流或全波整流后，输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，仅需要很小的滤波电感和电容，其输出电压纹波和电流纹波就可以达到非常小。

2、国内外发展情况(文献综述)

1955年美国罗耶（GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛（Jen Sen)发明了自激式推挽双变压器，１９６４年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。到了１９６９年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了２５千赫的开关电源。

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的１００kHz、用ＭＯＳ－ＦＥＴ制成的５００kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。

1994年我国原邮电部作出重大决策，要求通信领域推广使用开关电源以取代相控电源。开关电源的使用为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率提高，能耗减少，降低了电源周围环境的室温，改善了工作人员的环境。我国邮电通信部门广泛采用开关电源极大地推动了它在其它领域的广泛应用。值得指出的是，近两年来出现的电力系统直流操作电源，是针对国家投资4000亿元用于城网、农网的供电工程改造、提高输配电供电质量而推出的，它已开始采用开关电源以取代传统的相控电源。国内一些通信公司如中兴通讯等均已相继推出系列产品。

目前，国内开关电源自主研发及生产厂家有300多家，形成规模的有十多家。国产开关电源已占据了相当市场，一些大公司如中兴通讯自主开发的电源系列产品已获得广泛认同，在电源市场竞争中颇具优势，并有少量开始出口。

开关电源也在电路集成和系统集成及封装工艺发展，美国VICOR 公司生产的第一代电源模块受生产技术、功率、磁元件体积和封装技术的限制，密度始终未能超过每立方英寸80W。近年来，推出的第二代电源模块，内部结构也改为模块式，达到高度集成化和全面电脑化。功率密度已经达到了每立方英寸120W。电源模块内含元件只有第一代产品的1/3，由115个减为35个。第二代电源模块的控制电路只含两个元件，被称作“大脑”(Brain)。“大脑”是两片厚膜电路，由VICOR 公司自己的无尘室自行开发生产，其总体积只有0.1in3，取代了第一代产品中的约100个控制元件，体积缩小了60%。

3、研究/设计的目标：

设计一个半桥式开关电源变换器，内容包括整个电路框图的确定、主拓扑结构的确定、电路的设计、主要元器件参数的计算与选型、实际电路的制作与调试、各主要参数的测量与数据分析、撰写设计论文。

设计目标：输入电压范围：AC175~AC245V

输出电压：DC24V

输出电流：I o=10A

输出功率：240W

电源的效率：η≥80%

输出纹波噪声：不大于100mV

电压调整率：SU≤2%

电流调整率：SI≤2%

输出具有过流保护功能，动作电流12A

4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：

本文以半桥变换器拓扑为主，pwm 控制电路采用uc3525芯片，通过逆变桥过电流检测电路实现过流保护功能。

（1）硬件总体结构框图如下：

AC175V-AC245V

输入

EMI 滤波整流半桥式变换电路过电流检测

辅助电源

驱动电路

PWM 控制电路

输出电压电流检测

输出DC24V

（2）半桥变换器拓扑结构框图如下：

4

3

2

D1

D3

D2

D4

C1

C2

S1

120V AC

Cb

D5

D6

T1

Np

L1

L2

C1

C2

*

**

**

V1

V2

Ns1

Ns1Ns2

Ns2

A

B

120~220 VAC

Q1

Q2

5、方案的可行性分析：

半桥变换器的最大输出功率约为400～500W，而本设计的目标是输出功率240W，因此设计合理。

与正激变换器和反激变换器相比，半桥式变换器稳压范围宽，更突出的是它在一定范围内输出电压与输入电压变化无关。

半桥变换器的拓扑结构中，开关管关断时承受的电压为Vdc，而不像推挽拓扑或单端正激变换器那样为2Vdc。

半桥式开关电源的变压器初级线圈只需要一个绕组，这也是它的优点，这对小功率开关电源变压器的线圈绕制多少带来一些方便。但对于大功率开关电源变压器的线圈绕制没有优势，因为，大功率开关电源变压器的线圈需要用多股线来绕制。

综上优势，故选择半桥式开关电源变换器。

6、该设计的创新之处

（1）采用了EMI滤波电路对输出的纹波噪声进行了衰减。

（2）具有输出过流保护功能。

7、设计产品的主要用途和应用领域：

本设计产品主要应用在通讯用开关电源；防水电源，如：LED防水电源等；在印刷机上的应用；开关电源适配器；还应用于电控机械设备，显示屏，安防监控系统等。

在网压为220V的欧洲市场设备中广泛应用，即当要求设备适应不同的网压（如美国120VAC 和欧洲220VAC）时，这是普遍采取的。

开关电源技术属于电力电子技术，它运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，可以满足各种用电要求。由于其高效节能可带来巨大经济效益，因而引起社会各方面的重视而得到迅速推广。

开关电源的使用为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率提高，能耗减少，降低了电源周围环境的室温，改善了工作人员的环境。我国邮电通信部门广泛采用开关电源极大地推动了它在其它领域的广泛应用。值得指出的是，近两年来出现的电力系统直流操作电源，是针对国家投资4000亿元用于城网、农网的供电工程改造、提高输配电供电质量而推出的，它已开始采用开关电源以取代传统的相控电源。国内一些通信公司如中兴通讯等均已相继推出系列产品。