观察输出电压的变化情况。
三.实验设备
隔离型桥式DC-DC变换器实验板1块(已含在实验箱内) ±15V输出开关电源1块(已含在实验箱内) DF1731直流稳压电源1台 示波器1台
数字万用表1块 小一字螺丝刀1把
四.实验电路原理分析
+15V_2R2910kD2U0R28200C281V(-)VREF16+15V_2152C29104GND24V(+)VI输出电压调节104R303.9k3CLOCKOA14R312.7OAR562.7C30104GND2OSCVC13RP21kC21152R16GND2RP31k5CTGND12610k开关频率调节R177RTOB11OBSHD10GND2GND2150死区调节RP41008CSCOM9C23104100kC22R2425V/10uGND2 图3 SG3525的外围电路
图3为SG3525的外围电路结构。SG3525采用15V供电,SG3525的8脚外接电容C22为软起电路,上电时SG3525内置电流源给C22充电,直到UC22升高到某一值后,SG3525才允许PWM控制。SG3525的5、6、7脚所接CT、RT、RD用来产生锯齿波,锯齿波频率由fT?1决定,同时7脚外接的
?0.7RT?3RD?CTRD用来调节死区时间。SG3525的2脚为其内置误差比较器的同相输入端,通过调节电位器RP2可以改变2脚的电压,改变给定电压,进而改变变换器输出电压数值。SG3525的1脚为误差比较器反相输入端,其电压数值反映变换器输出电压的 数值,1脚与2脚的电压比较,从而进行PWM控制。SG3525的11、14脚为PWM输出口,用于控制半桥MOSFET的驱动信号。
五. 调试引脚说明:
X4:主电源输入端子X4接入24V电源,注意正负。
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J25:电源观测端口,+5V和+15V是由24V经稳压器件变换而来,可用万用表测量。注意端子旁的漏字说明。
J26:电源观测端口,±15V是由开关电源供电,通过端子X6输入,可用万用表测量。注意端子旁的漏字说明。
J27: 控制波形观测端,SG3525的输出驱动波形(OA、OB)和锯齿波振荡器波形。观察波形时,探头的地接J27的GND2。RP4的变动会使锯齿波的下降时间即死区时间发生变化。调节RP3,会使CT波形的上升段时间发生变化,从而达到开关频率调节,并观测CT波形是否在80kHz上下可调。
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J13:SG3525的输出驱动信号(OA、OB)经过驱动电路处理后进行电源隔离的两路驱动信号(HIN、LIN)观测口,需用到示波器两个探头,探头的地接到J13的GND3上;
J28:驱动信号HIN、LIN,经过2110芯片和驱动电路的处理产生一对不共地的驱动信号G1,G2。因为这两个信号不共地,两个波形必须分两次用示波器来观测。对G1来说,示波器探头应该接G1和E1,对G2来说,示波器探头应该接G2和E2;观测半桥电路上桥臂开关管V6源极和漏极波形,此时示波器探头接J28的24V和E1。观测半桥电路下桥臂开关管V7源极和漏极波形,此时示波器探头接J28的E1和E2波形。
J23:用于输出电压观测,可通过调节RP2使输出电压稳定在48V。
六.实验步骤
1.变压器与输出滤波电感的设计
(1)半桥式开关电源高频变压器的设计 ① 确定变压器设计的电源参数:
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6V; Ui范围:直流24V±
输出:+48V/1A,输出功率为48W;
开关频率:40kHz;
C; 最大温升:40。冷却方式:自然通风
② 确定占空比绝对限制Dlim,假定Uimin时Dmax(保证动态响应)和额定UiD: Dlim:0.47?2;
额定Dmax:0.42?2;
额定UiD:UiminDmax/2,Uimax Dlim/2;
③ 计算输出电压加上满载时二极管正向压降和次级二极管压降:
' U0=48.0+1=49V
④ 计算希望的匝比: n?NPUP?' NS1U0可能选择的匝比:(自己确定) ⑤ 计算AP值
根据要求选择EI型铁氧体磁芯。
AP?AeAw?35P0 fSBmax查表得,EI25的AP为3662.47mm4,满足要求,但容易引起磁饱和,原副边匝数多,铜耗损较大。选EI28的话磁芯较大,裕量充分,查表得EI28的Ae为77.04 mm4。
⑥ 根据电磁感应定律计算次级匝数:
''U0TSU0TS NS1? ???2?Bmax?Ae为保证为整数匝,可适当选取NS1 ⑦ 确定初级匝数
由步骤4决定的值,试算得到最好的选择NP 重新计算额定UiD和最坏情况下的Uimax Dlim条件: UiD?nUo?
Blim=0.16?14.1/7.84=0.288T< BS ⑧ 计算40kHz时的穿透深度
??76.5 f⑨ 计算线圈的电流有效值: I1?2I2/n
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⑩ 确定次级线圈
AX1?I1 J查表1确定导线规格。 确定初级线圈
AX2?I2 J查表1,确定导线规格
表1 AWG导线规格表
裸线 AWG线编AXP 号 (mm2) Cir-Mil 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 5.261 4.168 3.308 2.626 2.082 1.651 1.307 1.039 0.8228 0.6531 0.5188 0.4116 0.3243 0.2588 0.2047 0.1623 0.128 0.1021 10384 8226 6529 5184 4109 3260 2581 2052 1624 1289 1024 812.3 640.1 510.8 404.0 320.4 252.8 201.6 电阻 有关参数 截面积 mm2 5.59 4.45 3.564 2.836 2.295 1.837 1.473 1.168 0.9326 0.7539 0.6065 0.4837 0.3857 0.3135 0.2514 0.2002 0.1603 0.1313 ??/mm (20oC) 3.27 4.137 5.2 6.564 8.28 10.43 13.18 16.58 20.95 26.39 33.23 41.89 53.14 66.6 84.21 106.2 134.5 168.76 直径 mm 2.67 2.38 2.13 1.9 1.71 1.53 1.37 1.22 1.09 0.98 0.879 0.785 0.701 0.632 0.566 0.505 0.452 0.409 Cir-Mil 11046 8798 7022 5610 4556 3624 2905 2323 1857 1490 1197 954.8 761.7 620.0 497.3 396.0 316.8 259.2 Inch 0.1051 0.938 0.0838 0.0749 0.0675 0.0602 0.0539 0.0482 0.0431 0.0386 0.0346 0.0309 0.0275 0.0249 0.0223 0.0199 0.0178 0.0161
(2)输出滤波电感设计
工作在电流连续模式,电感量为 L?UoToff?UoToff??I2kIo
48*1*1100k?2.4mH 2*0.1*120