Beijing Jiaotong University开关电源设计—push-pull converter结题报告姓名：TYP班级：电气0906学号：09291183组别：第九组指导老师：游小杰完成日期：2012.11.28一、设计题目设计push-pull converter变换器。

其中，输出电压48V，功率为100W，输入电压为直流70V 30V。

二、设计步骤三、具体设计流程1.基本push—pull converter 主电路结构：其工作原理如下：Q2导通时，变压器原边施加正电压，副边D1导通，电感电流上升；Q2截止时，变压器原边施加零电压，副边D1、D2导通，电感电流下降；Q1导通时，变压器原边施加负电压，副边D2导通，电感电流上升； Q1截止时，变压器原边施加零电压，副边D1、D2导通，电感电流下降。

2. 主电路参数 ①基本关系：首先根据电感电压半个周期内积分为0，得到：D N NV V ps d o ⨯⨯=2，其中)5.0,0(∈D 又o V =48V ，o P =100W ，d V =70±30Vooo V P I ==100/48=2.083A ooo I V R ==48/2.083=23.04Ω 又V V d ]100,40[∈,则]8048,20048[∈⨯D N N p s 即]6.0,24.0[∈⨯D N N p s ，则]2.1,48.0[min ∈ps N N 又d pso V N N V >⨯考虑一般p s N N 为整数，取ps N N为2，满足输入输出要求。

②选取原边参数：原边开关管、二极管工作环境相同，条件也相同，由工作原理可知： 开关管最大反向电压TP V =2*max d V =200V ，二极管最大反向电压DP V =2*max d V =200V ， 取开关管频率为10KHZ ， 考虑裕量问题，裕量50%裕量，开关管：V=1.5*200=300V ，I=1.5*4.166=6.25A ， 二极管：V=1.5*200=300V ，I=1.5*4.166=6.25A 。

③选取副边参数：副边二极管工作环境相同，条件也相同，由工作原理可知： 二极管最大反向电压DP V =2*max d V *psN N =400V ， 流过最大电流为o I =2.083A ， 考虑裕量问题，裕量50%裕量，二极管：V=1.5*400=600V ，I=1.5*2.083=3.12A ，副边电感o o d PSS LPLB I LV V N N T D i I =-==*2)*(**2又o I =2.083A ，psN N =2，o V =48V ，S T =100μs ，V V d ]100,40[∈， 则MIN L =oo d S I V V T D *2)2(**-,当V V d 40=时，D=48/80/2=0.3，MIN L =oo d S I V V T D *2)2(**-=0.23μH当V V d 100=时，D=48/200/2=0.12，MIN L =oo d S I V V T D *2)2(**-=0.44μH所以MIN L =0.44μH ，考虑裕量问题，取1.25MIN L =0.55μH ，考虑电感标称值，取L=0.56μH ， 又=∆=∆C Q V o =∆16**C I T LS =-CLT V V N N T D S o d P SS 16*)*(**CL E 1681*)48100*2(*12.0--所以=-≥∆--=16*48*02.0*81*152*12.0*1681*)48100*2(*12.0L E V L E C o 0.021F考虑裕量问题，取C=1.25MIN C =0.026F, 考虑标称值，取C=0.03F3. 主电路仿真由于matlab 中无含有抽头的变压器，所以可以用以下电路实现推挽变换器的功能，参数按照设计参数赋值：用开关管和开关的组合得到和含有抽头的变压器相同的电压波形，如下（由上至下为正管驱动信号、负管驱动信号、变压器原边电压波形）：压、电感电流、输出电压）：可以得到输出电压示数和波形：纹波符合要求小于2%。

4.驱动芯片、控制芯片、EMC措施4.1驱动芯片驱动芯片采用SG3525.SG3525的结构和工作原理:SG3525的特点如下：（1）工作电压范围宽：8—35V。

（2）5.1（1 1.0%）V微调基准电源。

（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz¬—400KHz.（4）具有振荡器外部同步功能。

（5）死区时间可调。

（6）内臵软启动电路。

（7）具有输入欠电压锁定功能。

（8）具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。

（9）逐个脉冲关断。

各部分功能：a 基准电压源:基准电压源是一个三端稳压电路，其输入电压VCC 可在（8～35）V 内变化，通常采用+15V，其输出电压VST＝5.1V，精度±1%，采用温度补偿，作为芯片内部电路的电源，也可为芯片外围电路提供标准电源，向外输出电流可达400mA，没有过流保护电路。

b 振荡电路：由一个双门限电压均从基准电源取得，其高门限电压VH=3.9 V，低门限电压VL=0.9,内部横流源向CT 充电，其端压VC 线性上升，构成锯齿波的上升沿，当VC=VH时比较器动作，充电过程结束，上升时间t1 为：t1= 0.67RTCT比较器动作时使放电电路接通，CT 放电，VC 下降并形成锯齿波的下降沿，当VC=VL 时比较器动作，放电过程结束，完成一个工作循环，下降时间间t2 为： t2=1.3RDCT注意：此时间即为死区时间 锯齿波的基本周期T 为:T=t1+t2=(0.67RT+1.3RD)CT 振荡频率：f=1/T1(0.67 1.3)T T D f C R R =+ 将频率除以2即为输出波的频率输出电压波形：1KHz 方波RT=70K Ω,RD=2.38K Ω,CT=0.01uF ，Css=0.1uF ，Rv+=10K Ω. CT 和RT 是连接脚5和脚6的振荡器的电阻和电容，RD 是于脚7相连的放电电阻的阻值。

2.2驱动电路驱动可采用光耦电路，如下所示：在实际采用时，可以改为只用一个NPN实现。

光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。

光耦合器以光为媒介传输电信号。

它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。

目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。

光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。

输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。

这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。

由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。

所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。

在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。

光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。

在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

光耦4N28资料如下：仿真如下：输出波形如下，从上至下为输出、输入方波：4.2控制芯片控制芯片采用KA3511,KA3511采用22脚DIP封装，引脚排列如图1所示。

KA3511主要由振荡器、误差放大器、PWM比较器、过电压保护（OVP）与欠电压保护（UVP）电路、遥控开/关控制电路、电源好（pwoergood）信号产生器和精密参考电压等单元电路所组成，引脚功能如表1所示。

表1引脚功能图1KA3511引脚排列图2PWM控制电路图3工作波形图4软启动电路KA3511的主要特点如下：（1）只需很少量的外部元件，就可以组成性能优良的SPMS辅助电路；（2）固定频率、可变占空比电压型PWM控制；（3）利用死区时间控制实现较启动；（4）为推挽操作对偶输出，每个输出晶体管的电流容量为200mA；（5）对于SMPS的＋3.3V、＋5V和＋12V输出，具有OVP和UVP 功能；（6）遥控开/关控制功能；（7）为监视电源电压电平，使微处理器安全操作，内臵电源好信号产生器；（8）精密电压参考，容差为±2％（4.9V≤Vref≤5.1V）；（9）电源电压VCC=14～30V，待机（standby）电流（ICC）典型值是10mA。

4.3 EMC措施4.3.1 滤波由于电池存在一定的内阻抗，再加上入端引线上的寄生电感和内阻，将在输入端引起一系列的高频纹波。

为了使输入端成为满足要求的恒压源，需在电路进线端加上EMI滤波器，既抑制了外界对电路的干扰，也阻止了电路对电池的干扰。

通常，在入端并联电解电容和滤高频纹波的电容。

电解电容主要滤低频纹波，滤高频纹波的电容采用CBB电容。

由于输出端对电流波形的要求，必须减小输出纹波的大小，因此，也需要在输出端并联大容量的电解电容和较大容量的滤高频纹波的CBB电容。

另外，需要对集成芯片的去耦滤波电容进行科学的配臵。

每块集成芯片都接有去耦滤波电容器，在每次开关过程中都重新充电，以便为芯片供电，去耦电容器的取值一般在470pF～1000pF，采用瓷片或者是CBB电容，用于滤除高次纹波。

去耦滤波电容器必须紧靠集成电路安装，力求最短的电容器引线和最小的瞬态电流回路面积。

同时要在整个集成芯片的PCB板上放臵总体去耦电容器，由电源来对它充电，并应安装在电源母线进入PCB板的地方。

系统中最易受干扰的是电流采样电阻，而采样电流的精度将直接影响电路的输出指标，由于采样电阻受到开关管导通和关断的干扰，所以，需要对采样电阻上的信号进行滤波，此电路中利用的RC二阶无源滤波，电路如下图所示：4.3.2接地本系统中采用混合接地和浮空接地方式。

主功率采用浮地方式，以便减小公共阻抗和大电流的通过。

控制系统内部先串联接地，然后再单点与主功率地连接。

驱动电路则采用光耦隔离技术来驱动开关管的导通和关断。

4.3.3缓冲电路缓冲电路的目的是对开关管产生的瞬态噪声进行抑制。

采用的是在开关管两端并上R—C—D网络进行抑制，它可以减缓开关管的漏极和源极之间的电压上升率，如下图所示。