600W半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)之歐陽法創(chuàng)編

歐陽法創(chuàng)編600W半關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)時(shí)間：2021.03.09

創(chuàng)作：歐陽法600W半橋型開關(guān)穩(wěn)壓源設(shè)計(jì)摘要本次設(shè)計(jì)主是設(shè)計(jì)一個(gè)600W半橋型開關(guān)穩(wěn)壓源，從而為載供電。電源是各種子設(shè)備不可缺的組成部，其性能劣直接關(guān)系電子設(shè)備的術(shù)指標(biāo)及能安全可靠工作。由于關(guān)電源本身耗的能量低電源效率普通線性穩(wěn)電源提高一，被廣泛用電子計(jì)算機(jī)、通訊、電等各個(gè)行。它的效率達(dá)85％上，穩(wěn)壓范寬，除此之，還具有穩(wěn)精度高、使用電源變器等特點(diǎn)，一種較理想穩(wěn)壓電源本文介紹了種采用半橋路的開關(guān)電，其輸入壓為單相170~260V輸出電壓直流12V定，最

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歐陽法創(chuàng)編大電流50A。主電路的原與主電路的設(shè)計(jì)、控制電路器件選取、保護(hù)路方案的確以及計(jì)算仿真圖形的制與波形分等方面的研。關(guān)鍵詞：半變換器；功MOS；脈寬調(diào)；穩(wěn)壓電源；第1章緒論電力電子技術(shù)概電子技術(shù)包信息電子技和電力電子術(shù)兩大分支。通常所的模擬電子術(shù)和數(shù)字電技術(shù)屬于息電子技術(shù)電力電子技是應(yīng)用于電領(lǐng)域的電技術(shù)，它是用電力電子件對電能進(jìn)變換和控的新興學(xué)科目前所用的力電子器件用半導(dǎo)體成，故稱電半導(dǎo)體器件信息電子技主要用于息處理，而力電子技術(shù)主要用于電變換。電電子技術(shù)的展是以電力子器件為核，伴隨變技術(shù)和控制術(shù)的發(fā)展而展的。電力電子技可以理解為率強(qiáng)大，可諸如電力統(tǒng)那樣大電、高電壓場應(yīng)用的電子術(shù)，它與

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歐陽法創(chuàng)編統(tǒng)的電子技相比，其特之處不僅僅為它能夠過大電流和受高電壓，且要考慮在功率情況下，器件發(fā)、運(yùn)行效率問題。為了決發(fā)熱和率問題，對大功率的電電路，器件運(yùn)行都采開關(guān)方式。種開關(guān)運(yùn)行式就是電力子器件運(yùn)的特點(diǎn)。電力電子學(xué)一名詞是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)，“電力電子學(xué)”“電力電子術(shù)”在內(nèi)容并沒有很的不同，只分別從學(xué)術(shù)工程技術(shù)這個(gè)不同角度來稱呼。電電子學(xué)可以圖1的倒三形來描述，可以認(rèn)為電電子學(xué)由電學(xué)、電子學(xué)控制理論3個(gè)學(xué)科交而形成的。一觀點(diǎn)被全界普遍接受。電力電子技與電子學(xué)的系是顯而易的。電子可分為電子件和電子電兩大部分，們分別與力電子器件電力電子電相對應(yīng)。從子和電力子的器件制技術(shù)上進(jìn)兩同根同源，兩種電路分析方法上也是一致的只是兩者應(yīng)的目的不同，前者用電力變換，者用于信息理。

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歐陽法創(chuàng)編目前，開關(guān)源以小型、量和高效率特點(diǎn)被廣應(yīng)用于以電計(jì)算機(jī)為主的各種終端備、通信備等幾乎所的電子設(shè)備是當(dāng)今電子息產(chǎn)業(yè)飛發(fā)展不可缺的一種電源式。并對開電源提出小型輕量要，此外要求關(guān)電源效率更高、性更好、可靠更高等。當(dāng)，各國正在力開新器件、新材料及改進(jìn)裝連法，進(jìn)一步高效率，小體積，降價(jià)格，以解開關(guān)電源面的課題。著電力電子術(shù)的不斷創(chuàng)，開關(guān)電源業(yè)會(huì)有更闊的發(fā)展前。1.2本文研究內(nèi)開關(guān)電源在率、體積和量等方面都遠(yuǎn)優(yōu)于線電源，因此經(jīng)基本取代線性電源，為電子熱供電的主要源形式，受人們的青睞采用先整濾波、后經(jīng)頻逆變得到頻交流電壓然后由高變壓器降壓再整流濾波方法。這種用高頻開方式進(jìn)行電變換的電源為開關(guān)電源隨著電子術(shù)和應(yīng)用迅地發(fā)展，開穩(wěn)壓電源的種和類型越來越多。激勵(lì)方式分他激式和自式；按調(diào)方式分為脈調(diào)制型、頻調(diào)制型和混調(diào)制型；

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歐陽法創(chuàng)編開關(guān)管電流工作方式分關(guān)型和諧振；按開關(guān)體管的類型為晶體管型可控硅型；儲(chǔ)能電感負(fù)載的連接式分為串聯(lián)和并聯(lián)型；晶體管的接方式分為端式、推挽、半橋式、橋式。本設(shè)計(jì)了一種橋型開關(guān)穩(wěn)電源，它具驅(qū)動(dòng)電路單，驅(qū)動(dòng)功小，開關(guān)速快，開關(guān)頻高等優(yōu)點(diǎn)具體設(shè)計(jì)技參數(shù)如下：1.輸電壓單相170~260V；2.輸交流電頻率45~65HZ；3.輸出直流電12V恒定；4.輸出直流電10A5.最功率：120W；6.穩(wěn)壓精：流輸出電整定值的1%；本文分別從下幾個(gè)方面行了設(shè)計(jì)：1.2.

主電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)；

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歐陽法創(chuàng)編3.4.5.

驅(qū)動(dòng)電路設(shè)；保護(hù)電路設(shè)；整體電路設(shè)；6.

元器件型號選擇；第2章路設(shè)計(jì)2.1穩(wěn)壓電總體設(shè)計(jì)案開關(guān)電源采功率半導(dǎo)體件作為開關(guān)件，通過期性間斷工，控制開關(guān)件的占空比調(diào)整輸出壓。開關(guān)電的基本構(gòu)成下圖所示，中DC/DC變換器進(jìn)行率轉(zhuǎn)換，它開關(guān)電源的心部分，外還有起動(dòng)過流與過壓護(hù)、噪聲濾等電路。出采樣電路、R2）檢測輸出壓變化，基準(zhǔn)電壓Ur比較，誤電壓經(jīng)過大及脈寬調(diào)）電，再經(jīng)過動(dòng)電路控功率器件的空比，從而到調(diào)整輸出壓大小的目。具有一的抗不平衡力，對電路稱性要求不嚴(yán)格；適的功率范圍大，從幾十到千瓦都可；開關(guān)管

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歐陽法創(chuàng)編壓要求較低電路成本比橋電路低等這種電路常被用于各穩(wěn)壓輸出的DC變換器DC/DC變換器有多電路形式，用的有工作形為方波PWM變換以及工作形為準(zhǔn)正波的諧振型換器。圖2.1體方框圖隨著電力電技術(shù)的發(fā)展電源技術(shù)被泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。電源的要求各有不同。次設(shè)計(jì)的一種功率較，的開關(guān)電。設(shè)計(jì)采用了AC／AC變換方案。次整流后的直流壓，經(jīng)過有功率因數(shù)校環(huán)節(jié)以提系統(tǒng)的功率數(shù)，再經(jīng)半變換電路逆后，由高變壓器隔離壓，最后整輸出直流電。系統(tǒng)的要環(huán)節(jié)為有功率因數(shù)校電路、DC／DC路、功率因數(shù)校電路、PWM控制電路保護(hù)電路。采用UC3854A控制芯片成功率因數(shù)正電路來提高功率因，用新型的片UC3825為控制芯

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歐陽法創(chuàng)編來代替SG3525，不外圍電路單，而且具有容差過壓限流能，還采用新型IR2304作為動(dòng)芯片，動(dòng)態(tài)響快，且自帶區(qū)，防止半上下管直通。該電路用高雙路PWM控制器UC3825為控芯片，功率MOSFET為開關(guān)器而構(gòu)成的推逆變器，逆變器出經(jīng)高頻LC波后輸1MHz/100W正弦功率信號。實(shí)驗(yàn)證電路產(chǎn)生的形質(zhì)量好，路結(jié)構(gòu)簡單，控制方，并具有體小，效率高特點(diǎn)。低頻小功率號源往往用性功率放大路，其電比較簡單，形質(zhì)量好，于實(shí)現(xiàn)。而對于高頻中大功率信源用線性功放大電路以實(shí)現(xiàn)，特是對于要求1MHz/100W弦波功信號源，采用性功率放大路，其電路構(gòu)復(fù)雜，整困難，不實(shí)現(xiàn)。而采高速雙路控制器UC3825為控制芯片，功率MOSFET為開關(guān)器件經(jīng)LC高頻濾波，輸出1MHz/100W正弦波功率號源，其波形量好，電路構(gòu)簡單，體小，效率高

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歐陽法創(chuàng)編2.2具體電設(shè)計(jì)2.2.1主電設(shè)計(jì)反激式電源般用在100w以下的電路，本電源設(shè)計(jì)最大功率到500w額定電流10A左右在功率較大的高開關(guān)電源中常用的主變電路有推電路、半橋路、全橋電等。其中推電路用的關(guān)器件少，出功率大，開關(guān)管承受壓(為電源電壓的2倍)，且變壓器有6個(gè)抽，結(jié)構(gòu)復(fù)；全橋電路開管承受的電不高，輸出率大，但要的開關(guān)器多(4個(gè)驅(qū)動(dòng)路復(fù)雜；半電路開關(guān)管承受的壓低，開關(guān)件少，驅(qū)動(dòng)單。根據(jù)各種拓?fù)浞降碾姎庑阅芗俺杀镜戎傅木C合比較，本電源用半橋式DC／DC變換器作為電路。如圖2.2即為電路圖。圖2.2主電路圖圖2.2中S1

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歐陽法創(chuàng)編S2、C1和變壓器T1構(gòu)成半橋DC／DC變換電路。MOSFET采用11NC380電路工作頻率為80kHz變壓器采用E55的鐵氧體磁芯無須加氣隙。繞制采用“三段”繞法，以小漏感。R1和R2用以保證電分壓均勻R3、C3為MOS兩端的收電路。C5為隔直電容，用阻斷與不平衡秒值成正比直流分量，衡開關(guān)管次不相等的秒值。C5用優(yōu)質(zhì)CBB無感容。Ct是電流互感，作為電流制時(shí)取樣用D3、D4采用快恢復(fù)二管，經(jīng)過L1和C6平波波后輸出OUT2給控制芯片供，、R6則是反電壓的采樣電阻。變壓器的輸OUT3為高低壓交流電。如圖2所示，反饋電和輸出電壓一繞組，樣，可以在載變化時(shí)最限度地保證出電壓的定。后級可一個(gè)或多個(gè)路輸出的變器，然后過整流電路流，這樣既保證每路輸都是獨(dú)立的，又可以到任意大小電壓。故可足DSP等需要多路不電壓供電且度較高的要。2.2.2控制電路設(shè)

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歐陽法創(chuàng)編系統(tǒng)的控制路采用高速路的PWM控器UC3825，如圖2.3所示即所選電路其內(nèi)部電主要由高頻振器、PWM較器、流比較器過流比較器、基電壓源、故鎖存器、軟動(dòng)電路、壓鎖定、PWM存器、輸驅(qū)動(dòng)器等組。它比SG3525有以下優(yōu)：1)改進(jìn)振蕩電路，高了振蕩頻的精度，且具有更精確的區(qū)控制；2)具有流控制功能且門檻電流5％的容差；3)啟動(dòng)電流100MA)；4)UC3825關(guān)比較器是一高速的過比較器，它具有1．2v的門檻值保證芯片新啟動(dòng)前軟動(dòng)電容完全放電在超過門檻時(shí)，輸出為電平狀態(tài)防止上下橋同時(shí)導(dǎo)通而起短路。下為主電路控制電路前級的R808和R809穩(wěn)壓管構(gòu)成個(gè)啟動(dòng)電，觸發(fā)UC3825開工作后，反饋輸出自供電。的調(diào)制由R1和CT振蕩產(chǎn)生RT、CT一般按式1)及(2)選取。

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歐陽法創(chuàng)編RT=3V/{（10mA）*(1-Dmax)}(1)CT=(1.6*Dmax)/(Rt*f)(2)式中：f=80kHz為所取頻率腳1(INV)腳2(E腳3(HI)構(gòu)成誤差放大器，做為電反饋用，腳9(ILIM)限流，8(SS)軟啟動(dòng)，腳11(0UTA)及腳14(0UTB)為輸驅(qū)動(dòng)信號。從圖中看出，UC3825功能較全，外圍路簡單，可有減少PCB布線與外元器件，高了系統(tǒng)的可性。圖2.3速雙路PWM控制器UC3825電路圖2.2.3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)

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歐陽法創(chuàng)編MOSFET驅(qū)動(dòng)可用脈沖變壓，它具有體小，價(jià)格低優(yōu)點(diǎn)，但直驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈的前沿與沿不夠陡，響MOSFET開關(guān)速度在此，采了IR2304芯，它是IR公司新推出多功能600v高端及低端動(dòng)集成電路它具有以下點(diǎn)。1)芯片積小(DIP8)集成度高同時(shí)驅(qū)動(dòng)同橋臂的上、下兩開關(guān)器件2)動(dòng)態(tài)應(yīng)快，通斷遲時(shí)間220／220ns(典值)內(nèi)部死區(qū)時(shí)1000ns、配延遲時(shí)50ns。3)驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)，可驅(qū)600v電路系統(tǒng)具有61mA／130mA輸出驅(qū)動(dòng)能力柵極驅(qū)動(dòng)入電壓寬10～20V。4)工作率高，可支100kHz以下的高頻關(guān)。5)輸入出同相設(shè)計(jì)提供高端和端獨(dú)立控驅(qū)動(dòng)輸出，可通兩個(gè)兼容3．3v、5v和15v輸入邏輯獨(dú)立CMOS或輸入來控制，為計(jì)帶來了大的靈活性6)低功設(shè)計(jì)，堅(jiān)固用且防噪效高。IR2304采用高壓集成電技術(shù)，整合計(jì)既降低成和簡化電路，又降低計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)電路板的空，相比于

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歐陽法創(chuàng)編它分立式、沖變壓器及耦解決方案，IR2304更能節(jié)省組件量和空間，提高可靠性7)具有源欠壓保護(hù)關(guān)斷邏輯，有兩個(gè)非倒相輸入及交傳導(dǎo)保護(hù)功，整合了專驅(qū)動(dòng)電機(jī)半橋MOSFET或IGBT電路而的保護(hù)功。當(dāng)電源電壓降至4．7v以下時(shí)，欠壓鎖(UVL0)能會(huì)立即關(guān)掉兩個(gè)出，以防止通電流及器故障。當(dāng)源電壓大于5v時(shí)則會(huì)釋輸出合滯后一般0.3v)過壓(HVIC)防閉鎖技術(shù)使IR2304非常堅(jiān)固耐用另外，IR2304配備有大脈電流緩沖級，可將叉?zhèn)鲗?dǎo)減至低；同時(shí)采具有下拉能的施密特(Sohmill)觸發(fā)輸入設(shè)計(jì)可有效隔噪音，以防止件意外開通如下圖所示IR2304連線圖

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歐陽法創(chuàng)編圖2.4動(dòng)電路圖可以看出，IR2304具有連線簡，外圍元器少的優(yōu)點(diǎn)。其中VCC主電路中OUT自供電和HIN分別UC3825的個(gè)輸出端VD要采用快恢復(fù)二極管，C1為濾電容，C2為自舉容，最好采性能好的鉭容，R1R2為限電阻。2.2.4保護(hù)電路設(shè)對于DC／DC電產(chǎn)品都要在出現(xiàn)異情況(過流、過載)，系的保護(hù)電工作，使換器及時(shí)停止工作。UC3825的保護(hù)路設(shè)計(jì)也較簡單，如圖2.5示。

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歐陽法創(chuàng)編通過電流互器得到的采電流，經(jīng)過換后送到UC3825腳9(ILJIM)當(dāng)電流超預(yù)定值時(shí)UC3825自動(dòng)封鎖輸脈沖，起到護(hù)作用圖保護(hù)電路2.2.5整體路設(shè)計(jì)為了提高系的功率因數(shù)整流環(huán)節(jié)不采用二極整流，采用UC3854A／B控芯片組成功因數(shù)校正電路。／BUnitrode公司一種新的高率因數(shù)校正器成控制電路片，是在UC3854基礎(chǔ)上的改進(jìn)，其點(diǎn)是采用平電流控制，率因數(shù)接1，高帶寬，限制網(wǎng)電流失真3％。圖2.6由UC3854A／B控制的有源率因數(shù)校電路。

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歐陽法創(chuàng)編圖2.6體電路圖該電路由兩分組成。／B及外元器件構(gòu)成控制部分實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)側(cè)入電流和輸電壓的控制。功率部由L2，Cs等元器件構(gòu)成Boost升壓電路。開關(guān)S選擇西門康公司的SKM75GBl23D塊，其工作率選在35kHz。壓電感L2為2mH20A。C5采兩個(gè)450V／470的電解電容并。為了提高電路功率較小時(shí)效率，所設(shè)的PFC電路在輕載時(shí)進(jìn)行功率因校正，當(dāng)負(fù)較大時(shí)功因數(shù)校正電自動(dòng)投入使。此部分控由圖1中的比較器部分實(shí)現(xiàn)。R10及R11是負(fù)載檢測電。當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)R10及R11上檢測的信輸入給比

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歐陽法創(chuàng)編器，使其輸端為低電平導(dǎo)，給ENA(使端)低電平使UC3854A封鎖在負(fù)載較時(shí)ENA為高電平才UC3854A／B工。D6接SS(軟動(dòng)端)，在負(fù)載輕時(shí)D6導(dǎo)通使為低電；當(dāng)負(fù)載增大要求UC3854A工作時(shí)，SS端電位從零慢升高，控制出脈沖占空慢慢增大實(shí)軟啟動(dòng)。圖中各圖所示即各種元件電路中的波。圖各種元件的波圖

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歐陽法創(chuàng)編2.3元器件型號選擇1.輸入整二極管的選設(shè)輸入交流壓為：則經(jīng)過橋式流后的平均壓為：二極管兩端受的最大反電壓為：所以根據(jù)實(shí)情況即可選整流二極管IN4005600V/1A2.變壓器設(shè)計(jì)（1）變比K

T選最大占空為0.85電路中壓ΔU=2V，半式電路變壓器邊繞組所加壓等于輸入壓的一半U(xiǎn)

i（min）

=98V則根據(jù)公式

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歐陽法創(chuàng)編（2）鐵心的選擇A為鐵心磁路截積；A為鐵窗口面積P為變ewT壓器傳輸?shù)穆?；f為開關(guān)頻率；為鐵材料所s允許的最大通密度的變范圍；d為變壓器組導(dǎo)c體的電流密；k為繞組在鐵心窗中的填充數(shù)。c若鐵心材料鐵氧體則ΔB=0.2T，d=4A/mm2，ck=0.5根據(jù)SG3525控制擇開關(guān)頻為c100HZ根據(jù)公式根據(jù)具體情可選擇型號DE25鐵心則A=40.00mm2=78.2mm2，A*A3128ewew=足要求。

可以滿（3）變壓器的繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：于鐵磁材的相對磁導(dǎo)率很大，因勵(lì)磁電感通也較大。如鐵r心未夾緊，路中有氣隙則勵(lì)磁電感急劇下降勵(lì)磁電流成增加，導(dǎo)致壓器性能嚴(yán)劣化。變器的漏感同次、二次繞互相耦合的密程度密相關(guān)，耦合夠緊，則漏會(huì)增加。漏對電路工帶來的影響要是負(fù)面的給開關(guān)器件成過電壓形成較大的耗，過大的感還會(huì)造成空比的損

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歐陽法創(chuàng)編失。因此變壓器的設(shè)應(yīng)盡量減小感。減小漏的辦法主是提高一次二次繞組耦的緊密程度如采用間繞組等。3.輸出濾波電的設(shè)計(jì)ΔI為允許的電電流最大紋峰峰值，最大輸出電流的20%即2A根據(jù)公電感量為選定電感鐵：I=10+10*20%*0.5=11A14.輸出濾波電的設(shè)計(jì)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，出電壓的峰值ΔV<200mV考慮到opp功率開關(guān)管關(guān)和輸出整二極管開關(guān)造成的電尖峰以及直電壓殘留的100HZ紋波可令輸出電壓的交流紋為ΔV=50mV，ΔU=2V根據(jù)公式opp根據(jù)具體情可以選擇兩4.7μF/25V鋁電電容并聯(lián)使用。5.功率管選擇額定電壓

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歐陽法創(chuàng)編考慮到功率件的開關(guān)速和驅(qū)動(dòng)電路簡潔，本源擬選用MOSFET作為功率關(guān)管來構(gòu)成橋電路。整流濾波后最大電壓值368V功率開關(guān)的額定電壓一般求高于直流壓的兩倍，功率開關(guān)的額定電壓為800V額定電流輸出濾波電電流的最大為1