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5KW降压型DC/DC变换器硬件设计

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软件简介

 基本内容和技术方案
1.设计的基本内容是:掌握开关电源的设计方法,设计一个可实用的DC/DC开关电源,并在MATLAB软件下建立完整的系统模型进行仿真分析,同时运用Protel软件绘制开关电源的PCB板图。
要求完成的任务:
(1)研究DC/DC开关电源装置的拓扑结构及工作原理;
(2)设计符合参数要求的DC/DC变换器;
(3)在MATLAB软件中建立仿真模型进行仿真分析;
(4)运用Protel软件绘制开关电源的PCB板图。
2.设计技术方案是:
降压型DC/DC变换器可采用两种技术方案,一种为隔离型,一种为非隔离型。非隔离型变换器即斩波器,隔离型变换器中包括变压器组件。相比较而言,隔离型变换器的输出更加稳定,安全型较好,但成本较高且体积不易缩小;非隔离型变换器结构简单实用,成本低。考虑到设计任务要求变换器器功率为5KW,不是很大,可采用斩波器来实现,同时采用PWM控制方案,以提高精度,稳定输出。
直流-直流变换器(DC-DC converter)内部一般具有PWM(脉宽调制)模块,E/A(差错放大器模块),比较器模块等几大功能模块。
其工作原理为:输出经过FB(反馈电路)接到FB pin,反馈电压与设定好的比较电压Vcomp比较后,产生差错电压信号,差错电压信号输入到PWM模块,PWM根据差错电压的大小调节占空比,从而达到控制输出电压的目的,振荡器的作用是产生PWM工作频率的三角波,三角波经过斩波电压斩波后,产生方波,其方波就是控制IGBT的导通时间从而控制输出电压的。
随着电子产品与人们工作和生活的关系日益密切,便携和待机时间长的电子产品越来越受到人们的青睐,它们对电源的要求也越来越高。DC/DC开关电源模块是一种正在快速发展的功率集成电路,具有集成度高、综合性能好等特点,具有很好的市场前景和应用价值。
本论文在研究开关电源技术发展现状的基础上,设计了一种Buck型DC/DC开关电源。首先对Buck型电路拓扑工作原理和开关电源常用控制方式进行了详尽的分析。在整个拓扑结构设计完成后,又着重研究了电源的控制方案,并使用SG3525芯片完成了控制回路的具体电路设计。为了减小高频开关过程带来的损耗,本文对软开关进行了较为深入的研究。在整个开关电源设计完成后,使用了MATLAB软件对整个系统进行了仿真,验证了其各方面均已达到所定指标。最后,为了将电源实用化,设计了整个电源的PCB板图。


关键词:开关电源 ;DC/DC;Buck;软开关;MATLAB;PCB
目录

摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 课题研究的目的与意义 1
1.2 开关电源技术国内外研究现状 1
1.3 开关电源未来发展趋势 2
1.4论文主要研究内容 3
2 直流斩波电路的选型 4
2.1 常用直流斩波电路拓扑研究 4
2.2 Buck拓扑结构及原理分析 4
2.3 桥式拓扑结构及原理分析 5
2.4 主电路拓扑结构选型 6
3 Buck拓扑主电路参数设计 7
3.1 Buck变换器工作原理 7
3.2 元件具体参数设计 13
3.3 软开关环节设计 14
3.3.1 软开关概念及工作原理 14
3.3.2 软开关环节参数整定 17
4 Buck变换器控制电路设计 18
4.1 Buck变换器控制方式 18
4.1.1 迟滞控制模式 18
4.1.2 电压控制模式 19
4.1.3 峰值电流控制模式 19
4.2 几种控制模式的比较选型 20
4.3 Buck变换器反馈环控制器选型 20
4.4 PWM脉冲生成电路设计 21
4.5 振荡电路设计 24
4.6 保护电路设计 25
5 电路的MATLAB仿真 26
5.1 MATLAB软件及Simulink简介 26
5.2 仿真模型的建立 26
5.3 仿真结果及波形分析 28
6 PCB布板设计 31
6.1 Protel软件功能简介 31
6.2 电路原理图设计 31
6.3 PCB板设计与布线 33
7结论 36
参考文献 37
致谢 38
附录一 带软开关的Buck变换器开关电源在MATLAB下的仿真原理图 39
附录二 DC/DC开关电源的实际完整电路接线图 40
附录三 开关电源的PCB板图 41

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