光隔型DCDC開關(guān)電源穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計

1、-. z.綜合課程設(shè)計報告題目光隔型DC/DC開關(guān)電源穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院專業(yè)班級*學(xué)生指導(dǎo)教師衛(wèi)、孟明完成日期 2016-05-28課程設(shè)計目的一加強(qiáng)工程實(shí)踐能力鍛煉二培養(yǎng)知識綜合運(yùn)用能力本課程設(shè)計的重點(diǎn)是圍繞著控制系統(tǒng)的建模、分析、校正確定調(diào)節(jié)律及系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)等環(huán)節(jié)進(jìn)展，著重培養(yǎng)學(xué)生具有綜合運(yùn)用已學(xué)的自動控制原理、模擬電子、數(shù)字電子、電力電子技術(shù)及控制系統(tǒng)MATLAB仿真等知識，分析、設(shè)計簡單控制系統(tǒng)的初步能力，并具有運(yùn)用EDA軟件Protel99se或D*P，規(guī)地繪制電路原理圖的根本能力。二、課程設(shè)計題目與要求1、題目：光隔型DC/DC開關(guān)電源穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計主要參數(shù)：輸入：24VDC允許的波

2、動圍1030VDC；輸出：12VDC；額定功率：120W；負(fù)載率：10-100%；其他：調(diào)制頻率25KHz； L=125H、C=1800F主電路方案：半橋式MOSFET 2、設(shè)計要求：1確立主電路，并用Protel99se/D*P進(jìn)展規(guī)的繪制；2建立系統(tǒng)的對象數(shù)學(xué)模型，分析負(fù)載擾動的影響；3選擇調(diào)節(jié)規(guī)律，并估算調(diào)節(jié)器參數(shù)；4進(jìn)展MATLAB仿真結(jié)果調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)，使得：初級仿真分析：在負(fù)載率分別為：10%、20%、50%、100%時，研究系統(tǒng)對給定值的階躍響應(yīng)性能，并希望在負(fù)載率為10%時的超調(diào)量小于40%。三、數(shù)學(xué)建模與調(diào)節(jié)器的參數(shù)1、開關(guān)電源控制系統(tǒng)構(gòu)造2、開關(guān)電路主回路的理想開關(guān)模型3、

3、可以建立狀態(tài)空間平均模型和狀態(tài)方程其中，其中，4、傳遞函數(shù)局部線性化得到小信號模型，可以求解出狀態(tài)變量與電壓輸入擾動和控制量d占空比間的傳遞函數(shù)：為工作點(diǎn)處輸入電壓值為工作點(diǎn)處輸入電壓值5、PWM比較器輸入：控制直流電平u，輸出：占空比d鋸齒波Us=KT，K為鋸齒波上升段斜率，則則傳遞函數(shù)為：6、調(diào)節(jié)器PID的傳遞函數(shù)其中，四、MATLAB仿真分析1、負(fù)載率為10%時：R= = =12L*C= * =2.25/107L/R=1.04/105則開關(guān)電路傳遞函數(shù)：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1=PWM比較器傳遞函數(shù)：故可得出PID參數(shù)：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1開

4、關(guān)電源的PID控制系統(tǒng)仿真電路：仿真結(jié)果:2、負(fù)載率為20%時：R= = =6L*C= * =2.25/107L/R=2.08/105則開關(guān)電路傳遞函數(shù)：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1=PWM比較器傳遞函數(shù)：故可得出PID參數(shù)：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1開關(guān)電源的PID控制系統(tǒng)仿真電路：仿真結(jié)果：3、負(fù)載率為50%時：R= = =2.4L*C= * =2.25/107L/R=5.2/105則開關(guān)電路傳遞函數(shù)：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1=PWM比較器傳遞函數(shù)：故可得出PID參數(shù)：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1開關(guān)電源的PID控制

5、系統(tǒng)仿真電路：仿真結(jié)果：3、負(fù)載率為100%時：R= = =1.2L*C= * =2.25/107L/R=10.4/105則開關(guān)電路傳遞函數(shù)：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1=PWM比較器傳遞函數(shù)：故可得出PID參數(shù)：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1開關(guān)電源的PID控制系統(tǒng)仿真電路：仿真結(jié)果：五、硬件電路原理圖設(shè)計分析與元器件選擇1、開關(guān)電源原理框圖2、開關(guān)電源原理框圖3、硬件電路原理圖設(shè)計分析與元器件選擇1.半橋逆變與整流模塊：半橋逆變的工作原理為：當(dāng)兩只晶體管都截止時，假設(shè)兩只電容的容量相等且電路對稱，則電容中點(diǎn)A的電壓為輸入電壓的一半。當(dāng)Q1導(dǎo)通時，電容C2將通

6、過Q1、變壓器初級繞組N1放電；同時，電容C1則通過輸入電源、Ql和T的原邊繞組Nl充電。中點(diǎn)的電位在充、放電過程中將按指數(shù)規(guī)律下降。在Ql導(dǎo)通完畢時，中點(diǎn)的電位為1/2E-E，且兩只晶體管全都截止。兩只電容和兩只高壓晶體管的集射極間的電壓根本上相等，都接近于輸入電源電壓的一半。相反Q2導(dǎo)通時，C1放電、C2充電，中點(diǎn)的電位將增至1/2E+E，即該點(diǎn)電位在開關(guān)過程中將在1/2E的電位上以E的幅值進(jìn)展指數(shù)變化。由此可見，在半橋式電路中，變壓器初級線圈在整個周期中都流過電流，磁心利用得更充分。變壓器的變比N1/N2在此處取2:1。2.電壓檢測及輸出接口模塊為盡量減少不必要的功耗，在電壓反響端的電阻

7、盡量取大的阻值，這里反響電壓取1V；負(fù)載電阻接JP1端。3.電流檢測控制模塊根據(jù)題目要求，變壓器二次側(cè)最大電流Ima*2=120/12=10A；由于變壓器變比為2，設(shè)過電流裕量為最大電流的10%，則：Ima*1=1.1*(N2/N1)*Ima*2=5.5A. 設(shè)檢測電阻R28阻值為1歐姆，檢測端電壓Ut=5.5V，同相輸入端電壓Us，則：Us =Ut*R19*R23/(R20+R23)*R19+R17(R19+R20+R23); 設(shè)基準(zhǔn)電壓1V，則湊合確定參數(shù)得：R17=1K; R19=2K;R20=10K;R23=4K.4.PWM調(diào)制模塊根據(jù)SG3525本身提供的高精度基準(zhǔn)電壓5.1V，在PID調(diào)節(jié)器反向輸入端取基準(zhǔn)電壓1V。通過SIMULINK仿真，我們采用PI調(diào)節(jié)，根據(jù)仿真效果，取參數(shù)Kp=8,Ki=30;根據(jù)Kp=R19/R18, Ki=1/R18*C14;可得PI調(diào)節(jié)模擬器件的值：R19=5.1K R18=750 C14=470nF。PWM調(diào)制頻率根據(jù)：即R20=5.6K C10=0.01uF R6為死去時間設(shè)定電阻，一般取0500歐姆，這里取220歐姆。6輔助電源模塊1 12V輔助電源采用LM2576-12V模塊芯片直接轉(zhuǎn)換2 15V輔助電源采用LM2576-15V模塊芯片直接轉(zhuǎn)換5.半橋驅(qū)動模塊六、PCB圖絲印層：頂層：底層：七、參考文