杭电光隔型DCDC开关电源稳压系统设计改

　综合课程设计报告

　题

　目

　光隔型 DC/DC 开关电源稳压系统设计 学

　院

　自动化 专

　业

　电气工程与自动化 班

　级

　 学

　号

　5 学生姓名

　王灿 指导教师

　张卫 孟明 完成日期

　2014 年 9 月 20 日

　一、综合课程设计目的 ◆

　加强工程实践能力——锻炼

　◆

　培养知识综合运用——能力

　 本课程设计的重点是围绕着控制系统的建模、分析、校正（确定调节律）及系统的实现技术等环节进行，着重培养学生具有综合运用已学的《自动控制原理》、 《模拟电子》、《数字电子》、《电力电子技术》及控制系统 MATLAB 仿真等知识，分析、设计简单控制系统的初步能力，并具有运用 EDA 软件——Protel99se，规范地绘制电路原理图的基本能力。

　 二、设计题目及要求 光隔型 DC/DC 开关电源稳压系统设计 A、主要参数：

　（1）输入：5（4～6）VDC； （2）输出：12VDC；

　额定功率：40W；

　负载率：（10-100）%； （3）其他：调制频率 25KHz； L=75μH、C=680μF

　 B：主电路方案：全桥式（MOSFET）

　 三、设计内容及要求 ◆ 确立主电路，并用 Protel99se 进行规范的绘制； ◆ 建立系统的对象数学模型，分析负载扰动的影响； ◆ 选择调节规律，并估算调节器参数； ◆ 进行 MATLAB 仿真结果调整调节器参数，使得：

　初级仿真分析：在负载率分别为：100%、50%、10%、5%时，研究系统对给定值的阶跃响应性能，并希望在负载率为 10%时的超调量小于 40%；

　 四、设计原理分析 开关电源原理框图：

　五、系统建模分析 1．开关电源控制系统的结构

　 2.开关电路主回路的理想开关模型 The boost converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。

　 调节器PWM比较器开关电路反馈给定输出+

　 _整流滤波 开关输出 整流滤波采样放大 PWM调制交流输入 直流 交流 直流输出

　 在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。

　当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为 0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为 0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。

　说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

　 3.局部线性化得到小信号模型，可以求解出状态变量与电压输入扰动和控制量 d（占空比）间的传递函数

　 为工作点处占空比

　 为工作点处输入电压值

　4.PWM 比较器（输入：控制直流电平 u ，输出：占空比 d ），锯齿波 us=kt ， k 为锯齿波上升段斜率，则

　，传递函数为：

　 5.开关电源的 PID 控制系统仿真 类似于如下图建立模型进行仿真: 22( )( )1( )( )1C oiC iou s dLu sLCs sRu s uLd sLCs sR   odiouudkT1 du kT

　6010e-7s

　+10e-4s+12Transfer FcnStepScopePIDPID Controller1Gain11Gain

　六、MATLAB 仿真分析 1、 初级仿真分析 Kp=0.0529

　 Ki=20

　Kd=0.0003 U=12V

　 L=75μH

　C=680μF

　Uio=36V

　① 负载率为 10 %时：

　 ② 负载率为 50 %时：

　③ 负载率为 100 %时：

　 七、硬件电路原理图设计分析与元器件选择 1.高频全桥逆变电路：

　高频逆变主电路由全桥驱动组成。电路经过 PWM1 和 PWM2 的占空比来得到脉宽可调的矩形波交流电压。VD1，VD4 为一对桥臂，VD2，VD3 为一对桥臂，成对的两对桥臂同时导通，两对交替各导通 180°。驱动电路将控制电路发出的信号转化为电力电子器件控制端和公共端之间的，可以使其开通或关断的信号并具有的一定的驱动功率，具有较高的抗干扰能力，同时还具有电气隔离和电力电子器件的保护功能

　2.控制与隔离电路：

　SG3525AIAGND+15V5681615111214412103GND100GND100U?OPTOISO1+15VGND100u10K10KGND116A10K0.1u0.01u1 16A2.8K10K70.1u9 10k21R?RES20.1u100uf10K10K-+ PWM 控制电路的作用是将一定范围内连续变化的控制量模拟信号转化为 PWM信号，该信号的开关频率固定，占空比随输入信号连续变化。

　有 SG3525A 发出的 PWM 脉冲来控制逆变器 Q1，Q4 和 Q2，Q3 的轮流导通，从而控制逆变电压和逆变频率。

　电气隔离实现了主电路及控制电路间电量的隔离可以减少主电路开关噪声对控制电路的影响，并提高控制电路的安全性。

　3.供电电路

　 控制电路的供电由 NE555+高频变压器+整流滤波+7812 的方案实现。控制部分供电电路如上图。

　驱动电路由 LM2576HV-15 供电，其驱动部分供电电路如下图所示：

　4.PID 控制电路

　 八、参考文献 杨旭等，开关电源技术，机械工业出版社； 长谷川 彰 开关稳压电源的设计与应用 科学出版社； 陆治国 实用电源技术手册-开关电源分册 辽宁科学技术出版社；