XXXX学院
毕业设计（论文）
半桥开关电源
Half bridge switch power
性 名： XXX 学 号： XXX 系 别： 物理与电子信息工程系 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： XX 指导教师： XXX
XX 年XX 月 XX 日
摘要
开关电源是现代电力电子设备不可或缺的组成部分，其质量的优劣直接影响子设备性能，其体积的大小也直接影响到电子设备整体的体积。本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了15W（15V、1A）半桥开关电源。整个系统包括主电路、控制电路和驱动电路三部分内容。系统主电路包括单相输入整流、半桥式逆变、高频交流输出、输出整流、输出滤波几部分。控制电路包括主电路开关管控制脉冲的产生和保护电路。论文具体地介绍了主电路、控制电路、驱动电路等各部分的设计及实验过程，包括元器件的选取以及参数计算。本设计中采用的芯片主要是PWM控制芯片SG3525A、光电耦合芯片PC817和半桥驱动芯片IR2110。设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。
关键词：开关电源；IR2110；SG3525；高频变压器；MOSFET
Abstract
Switching mode power supply(SMPS) is a significant part of the power electronics, which effects the performance and volume of the electronic equipment. The scheme has made a plan of designs based on the task of design, designed corresponding hardware circuit and developed 15W(15V、1A) half-bridge Switch power supply, it also can display voltage .The system included three parts: the main circuit part, the control circuit part and driving circuit. And the main circuit part consisted of one-phase input rectification, half-bridge in version, high-frequency a.c.output and output rectification. The control circuit involved two parts: One is the circuit brings the pulse controls the swiches in main circuit, and the other is the protect circuit. And then detailedly recommended the designs of main circuit, control circuit and driving circuit, including selected components and calculated parameter. The CMOS chip that is applied in the design is、PWM Controller SG3525、optical coupler Circuit PC817、 half bridge drive chipIR2110. The controlled feature of PWM Controller SG3525A is fully utilized in the process of design, which has wide adjustable operating frequency and dead time, input under voltage lock function and twin channel output current.
Key words：Switch power supply；SG3525A；High-frequency transformer；Mosfet
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摘要................................................................................................................................ I Abstract ..................................................................................................................... I 1.引言............................................................................................................................ 1 1.1开关电源技术的发展概况..................................................................................... 1 1.2 开关电源的发展方向............................................................................................ 1 1.3 开关电源的基本概念............................................................................................ 1 1.4开关电源的分类..................................................................................................... 1 1.5 开关电源的技术要点............................................................................................ 2 2.系统的整体方案分析与选择.................................................................................... 2 2.1 整个课题的设计思路............................................................................................ 2 2.2 各个部分的工作原理和功能................................................................................ 2 3. 开关电源的主回路设计.......................................................................................... 4 3.1主电路结构............................................................................................................. 4 3.1电源的设计要求..................................................................................................... 5 （1）输出电压:额定工作电压15V；......................................................................... 5 3.2输入整流回路的电路设计..................................................................................... 5 3.3 DC-AC逆变回路的设计......................................................................................... 6 3.4高频变压器设计................................................................................................... 10 3.5 输出整流回路的设计.......................................................................................... 13 4. MOSFET驱动电路的设计....................................................................................... 14 4.1 MOSFET对驱动电路通常要求............................................................................. 14 （1）触发脉冲具有足够快的上升和下降速度；.................................................... 14 4.2半桥驱动芯片IR2110及其工作过程................................................................. 15 4.3半桥驱动电路器件参数选择............................................................................... 17 4.4 IR2110 1脚7脚波形如图（4-4）................................................................... 18 5. 开关电源控制电路的设计 ................................................................................... 18 5.1 控制芯片SG3525内部逻辑电路结构................................................................ 19 5.2 内部逻辑电路结构分析...................................................................................... 19 5.3 SG3525的特点................................................................................................... 21 5.4 芯片管脚及其功能介绍...................................................................................... 21 5.5 SG3525波形....................................................................................................... 22 5.6 反馈电路原理的设计.......................................................................................... 24 6.辅助电源.................................................................................................................. 26 6.1辅助电源设计....................................................................................................... 26 7.硬件调试.................................................................................................................. 26 7.1 辅助电源的调试.................................................................................................. 26 7.2 控制电路调试...................................................................................................... 27 7.3 驱动电路调试...................................................................................................... 27 7.4 主电路的调试...................................................................................................... 27 结束语.......................................................................................................................... 27 参考文献...................................................................................................................... 28 附录：.......................................................................................................................... 29 致 谢............................................................................................................................ 31
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1.引言
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。
随着开关电源在计算机、通信、家用电器等方面的广泛应用,人们对其需求量增长和效率、体积、重量及可靠性等方面要求更高。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。在半桥式变换器电路中,变压器初级在整个周期中都流过电流,磁芯利用得更加充分。它克服了推挽式电路的缺点,所使用的功率晶体管耐压要求较低；晶体管的饱和压降减少到了最小;对输入滤波电容使用电压要求也较低，半桥式变换器在高频开关电源设计中得到广泛的应用。
本文将介绍一款半桥式开关电源,所用开关器件为功率MOSFET管, 开关工作频率为45 kHz,具有体积小、重量轻、成本低等特点[1]。
1.1开关电源技术的发展概况
最早的开关电源出现在60年代，出现的是串联型开关电源，功率晶体管用于开关状态，后来脉宽调制(PWM)控制技术有了发展，用以控制开关变换器，得到PWM开关电源， PWM开关电源效率可达65%-70%，1974年研制成了工作频率达到20kHz的开关电源，在电源技术发展史上誉为20kHZ革命。1976年，美国硅通用公司首次生产出世界上第一片集成脉宽调制器，使开关电源的控制器得到简化，系统的可靠性也大为增强。八十年代，国内高频开关电源只在个人计算机、电视机等若干设备上得到应用。由于开关电源在重量、体积、用铜、用铁及能耗等方面都比线性电源和相控电源有显著减少，对整机多相指标有良好影响，因此它的应用得到了推广。近年来越来越多领域应用开关电源，取得显著效益[2]。
1.2 开关电源的发展方向
一、频率要高，这样动响应才快，也是配合高速微处理器必须的； 二、体积要减，变压器、电感、电容都要减小体积；
三、效率要高，产的热能减少，散热容易，容易达到高功率密度，进而制造
超大功率的高频开电源； 四、电源系统的高度集成化[2]。
1.3 开关电源的基本概念
电源是将各种能源转换成为用电设备所需要的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。直流开关电源是一种由占空比控制的开关电路构成的电能变换装置，用于交流→直流或者直流→直流电能变换，通常称其为开关电源。 开关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。开关电源的这一技术特点使得它具有，效率高、体积小、重量轻、频率高、电感、电容等滤波元件和变压器体积小。
1.4开关电源的分类
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开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波 斩波器的工作方式有两种：
一、脉宽调制方式Ts不变，改变ton（通用）；
二、频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。 其具体的电路由以下几类：
（1） Buck电路——降压斩波器。 （2） Boost电路——升压斩波器。
（3） Buck-Boost电路——降压或升压斩波器。 （4） Cuk电路——降压或升压斩波器。
AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源
流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。 AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单项、三相、多相。按电路工作象限可分为一象限、二象限、三象限、四象限[3]。
1.5 开关电源的技术要点
开关电源技术包含以下几个重要的组成部分：
一、元器件技术 包括涉及开关器件的电力电子器件技术和涉及变压器、电感等主要磁性元件的磁技术，以及涉及电容等其他无源元件的技术。
二、电路技术 主要研究各种基本开关电路和相应的软开关电路，以及各种吸收电路等。
三、控制技术 主要研究适用于开关电源的各种控制方法，如电压模式控制和各种电流模式控制等。
四、电磁兼容技术 研究开关电源中电磁干扰的产生、传播和抑制等问题。 五、散热技术 利用传热学理论，分析和解决开关电源主要发热元件的散热问题。
2.系统的整体方案分析与选择
2.1 整个课题的设计思路
整个课题的设计，分为三部分。
一、主电路的设计，包括整流输入滤波、半桥式逆变电路、高频变压输出、输出整流、输出滤波。
二、开关管的驱动电路。
三、控制电路的设计，包括控制逆变电路开关管工作的脉冲输出、软启动、调占空比以及保护电路。
2.2 各个部分的工作原理和功能
2.2.1 电源主电路
首先，电源流入输入整流滤波回路将交流电通过整流模块变换成含有脉动成分的直流电，然后通过输入滤波电容将脉动直流电变为较平滑的直流电。
其次，功率开关桥由控制电路提供触发脉冲把滤波得到的直流电变换为高频的方波电压，通过高频变压器传送到输出侧。
最后，输出整流滤波回路将高频方波电压滤波成为所需的直流电压或电流。
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