基于半桥式隔离变换器的开关电源设计

课程设计

开关电源

课程设计报告

题目：基于半桥式隔离变

化器开关电源设计

班级：电信08-2

姓名：张磊

学号：0806110223

指导教师：任晓奎

成绩：

电子与信息工程学院

信息与通信工程系

基于半桥式隔离变换器的开关电源设计

绪论：

随着电力电子技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入 80 年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入 90 年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。

意义：了解Boost变换器的基本原理，理解DC-DC变换器与开关电源的区别，了解开关电源的设计过程

要求：

1、输入直流9V-12V，输出15V、40W。

2、开关振荡频率40KHz。

3、PWM调制方式，控制芯片自选。

4、所选电子元件参数要列在报告中。

5、设计过程中要有计算过程。

6、各元件参数应符合规范。

7.列出所用元件明细表。

8、注明元器件生产厂商、价格，计算出产品的成本。

1.Boost变换器的基本原理

1.1线路组成

线路由开关S、电感L、电容C组成，如图1所示，完成把电压V s升压到V o的功能。

图1.1

1.2工作原理

当开关S在位置a时，如图2(a)所示电流i L流过电感线圈L，电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线圈L中。此时，电容C放电，R上流过电流I o，R两端为输出电压V o，极性上正下负。由于开关管导通，二极管阳极接V s负极，二极管承受反向电压，所以电容不能通过开关管放电。开关S转换到位置b时，构成电路如2(b)所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持i L不变。这样线圈L磁能转化成的电压V L 与电源V s串联，以高于V o电压向电容C、负载R供电。高于V o时，电容有充电电流；等于V o时，充电电流为零；当V o有降压趋势时，电容向负载R放电，维持V o不变。

图1.2Boost变换器电路工作过程

由于V L+V s向负载R供电时，V o高于V s，故称它为升压变换器。工作中输入电流i s=i L 是连续的。但流经二极管D1电流确实脉动的。由于有C的存在，负载R上仍有稳定、连续的负载电流I o。

2.半桥式DC-DC 变换器的工作原理

2.1半桥式DC-DC 变换器的基本电路图及工作原理

半桥式DC-DC 变换器是由Buck 基本变换器串入半桥式变压隔离器派生而来的。因为减小了原边开关管的电压应力，且电路结构简单，在中小功率上得到广泛应用，所以半桥式变换器是离线开关电源较好的拓扑结构。下边就对半桥DC-DC 变换器的工作原理进行分析。为了分析稳态特性，简化推导过程，首先假定：

（1）开关晶体管、二极管均为理想元件。也就是可以瞬间的导通和截止，而且导通时的

压降为零，截止时的漏电流为零。

（2）电感、电容是理想元件。电感工作在线性区而未饱和，寄生电阻为零，电容的等效

串联电阻为零。

（3）输出电压中的纹波电压与输出电压的比值小到允许忽略。

基本电路图如下：

图2.1 半桥式DC-DC 变换器基本电路图

电容器

1

C 、

2

C 与开关晶体管

1

r T 、

2

r T 组成桥,桥的对角线接变压器T 原边绕组,故称半

桥式变换器。 如果12

C C ,某一开关晶体管导通时,绕组上电压只有电源电压的一半。稳态

条件下, 1C =2

C ,当1r T 导通时,1C 上的1

2s

V 加在原边线圈上,1r T 流过负载电流p I 。电路通过开关管

1

r T 、原边绕组、电容

2

C 形成回路，此时原边绕组上下两端极性为上正下负，经过占

空比所定的时间后,

1

r T 关断。由于原边绕组存在，p

I 方向不变，值逐渐变小，此时B 点为

负电位，

4

D 导通，反激能量再生，对

2

C 充电。B 点连接点的电压在阻尼电阻的作用下以

振荡形式最后恢复到原来的中心值。1

r T 关闭一段时间后，给2

r T 一个触发脉冲，

2

r T 导通，

原边绕组黑点端变负。电路通过电容1C 、原边绕组、开关管

2

r T 形成回路，重复以前过程。

不同的是，

p

I 方向变反，

2

r T 关断时接点B 摆动到正，

3

D 导通，反激能量对1

C 充电。

副边电路的工作如下:当1

r T 导通时,副边绕组电压使1

D 导通,电流通过二极管

1

D 、电感L 、负

载R 构成回路，当

1

r T 关断,两个绕组电压变为零。

2

r T 导通时，

2

D 导通，负载上的电流与电

压方向没有发生改变，由此形成的方波电压，经过L 和3

C 构成的滤波环节产生稳定的输出

电压

o

V 。如图2.2

图2.2 原边开关管电压及输出电压波形

3. PWM 的调制方法

PWM 控制技术，是利用逆变器装置中半导体开关的开通和关断，把直流电压转化变成一定规律的电压脉冲序列，以实现调频、调压和消除谐波三个目的的技术。 本章利用的就是等脉宽PWM 法，利用直线与三角波进行比较，下图就是我们所需要的开关触法脉冲，