XL2576降压型直流电源变换器芯片(常规型)
Figure4. XL2576 Typical Application Circuit 12V-5V/3A
3A 52KHz 40V Buck DC to DC Converter XL2576
LOCATE THE PROGRAMMING RESISTORS NEAR
3A 52KHz 40V Buck DC to DC Converter XL2576
3A 52KHz 40V Buck DC to DC Converter XL2576
3A 52KHz 40V Buck DC to DC Converter XL2576 Figure6. XL2576-3.3 System Parameters Test Circuit
Figure7. XL2576-5.0 System Parameters Test Circuit
3A 52KHz 40V Buck DC to DC Converter
XL2576
第三章01-降压型直流变换器.
第二节降压型开关电源 第三章直流变换器 * VT "Ln lk? 第二节降压型开关电源 (&5祥Sfi开关电8电》图 4 0 t ----- t onr- J ???0 ;aa) VT—高频晶体开关管， 工作在：导通饱和状态 ?止状态 起开关作用，可用M OS管和IGBT管代 替; 开关管与负载RL侧电路相率联，VT的反复 周期性导通和《止，控制了U1是否加到负 ?R L的时间比例，起到斩波作用? VD—续流二极管?当开关管VT截止时? VD 提 供一个称为“续流辭电流的通路?使电感电流 不致迅变中断，避免电感感应出高压而将晶体 管击穿损坏-此续流通路也是电感能 量放出到负载的通路? L—储能电感.有两个作用，能a转换和滤波 C—滤波电容，減小负《电压的脉动成分和?小 输出阻抗? R L—等效负我电阻，用电设备.
lk? + vr __________ 95 ttS生开关电源电路图 + Eo U—输入直流电压?该电压大小不穂定或者有纹波卩0?输出直流电压，纹波小，稳定? 将?个直流电压Ui转换成另 4 0 t ■----- t onr- I ?13 开关电源主电路 第1节开关电源概述 一、开关电源的构成 开关电源采用功率半导体器件（GTR MOSFETIGBT等）作为调整管，通过控制电路控制调整管的导通时间，使输出电压保持稳定。 开关电源的电路构成如图4-1所示。 AC输入DC输出 图4-1开关电源的电路构成 （一）一次整流/滤波电路 将交流输入电压（通常是市电电网的交流电压220V或380V）进行整流滤波，转化成为直流电压（300V或500V），然后将直流电压供给DC/AC变换器。相比与线性直流稳压电源，开关电源在这一环节可以省去工频变压器，消除了工频变压器带来的损耗。（二）D C/AC变换器 DC/AC变换器的主要作用是将一次整流/滤波电路提供的直流电压变换成高频交流电压（一般频率可达到几十KHZ到几百KHZ甚至更高）。 （三）二次整流/滤波电路 将DC/AC变换器变换输出的高频交流电压进行整流滤波，转化成平滑的直流输出电压。 （四）反馈网络 反馈网络包括基准电压、采样电路和比较电路。采样电路把输出电压的一部分或者全部采样回来，采样到的电压和基准电压送入比较电路进行比较，比较的 结果送给控制电路。 （五）控制电路 控制电路根据反馈网络的结果输出占空比可调的控制脉冲去控制调整管的通断时间，这是所谓的“时间控制法”。 （六）辅助电路 开关电源中常见的其它电路主要有软启动电路、输出过压保护电路、输出过流保护电路、驱动电路等等。 二、开关电源的分类 开关电源的分类方式有很多，可以按激励方式、调制方式、调整管类型、输入电压/输出电压大小、调整管的连接方式和储能电感的连接方式等分类方式进行分类。 （一）按激励方式划分 开关电源按激励方式划分可分为自激式开关电源和它激式开关电源。在自激式开关电源中功率开关管既作为调整管，又兼作控制脉冲信号产生的振荡管。在它激式开关电源中则专门设置有产生控制脉冲信号的控制电路。 （二）按调制方式划分 开关电源按调制方式划分可分为脉宽调制型开关电源、脉频调制型开关电源 和混合调制型开关电源。脉宽调制（PWM指的是控制脉冲周期不变，导通时间改变，进而改变占空比的调制方式。脉频调制（PFM指的是控制脉冲导通时间不变，周期（频率）改变，进而改变占空比的调制方式。混合调制指的是控制脉冲导通时间和周期都改变，进而改变占空比的调制方式。 （三）按调整管的类型划分 开关电源根据调整管的类型不同可分为晶体管（GTR开关电源、场效应管 （MOSFET开关电源和绝缘栅双极型晶体管（IGBT开关电源。 （四）按输入/输出电压大小划分 直流变换器的设计（降压） 一、设计要求： (1) 二、题目分析： (1) 三、总体方案： (2) 四、原理图设计： (2) 五、各部分定性说明以及定量计算： (5) 六、在设计过程中遇到的问题及排除措施： (6) 七、设计心得体会： (6) 直流变换器的设计（降压） BUCK降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用BUCK作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用BUCK作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。 BUCK降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT 降压斩波电路的发展。 一、设计要求： 技术参数：输入直流电压Vin=36V 输出电压Vo=12V 输出电流Io=3A 最大输出纹波电压50mV 工作频率f=100kHz 二、题目分析： 电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。 课程设计步骤分析（顺序）： 1.设计主电路，主电路为：采用BUCK变换器，主功率管用MOSFET； 2.选择主电路所有图列元件，并给出清单； 3.设计MOSFET驱动电路及控制电路； 4.绘制装置总体电路原理图，绘制： MOSFET驱动电压、BUCK电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形； 5.编制设计说明书、设计小结。 降压式变换电路（Buck电路）详解 一、BUCK 电路基本结构 开关导通时等效电路开关关断时等效电路 二、等效的电路模型及基本规律 （1）从电路可以看出，电感L 和电容C 组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使us(t)的直流分量可以通过，而抑制us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压uo(t)就是us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。 （2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上输出的直流电压Uo 有：电容上电压宏观上可以看作恒定。电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。（3）一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面 周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。（4）开关S 置于1 位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S 置于2 位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为：此增量将产生一个平均感应电势：此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。这种 目录第一章．设计概要 1.1 技术参数 1.2 设计要求 第二章．电路基本概述 第三章.电力总体设计方案 第三章.电力总体设计方案 3.1 电路的总设计思路 3.2电路的设计总框图 第四章BUCK 主电路设计 4.1 Buck变换器主电路原理图 4.2 Buck变换器电路工作原理图 4.3 主电路保护（过电压保护） 4.4 Buck变换器工作模态分析 4.5 主电路参数分析 第五章控制电路 5.1 控制带你撸设计方案选择 5.2 SG3525控制芯片介绍 5.3 SG3525各引脚具体功能 5.4 SG3525部结构及工作特性 5.5 SG3525构成的控制电路单元电路图 第六章驱动电路原理与设计 6.1 驱动电路方案设计与选择 6.2 驱动电路工作分析 第七章附录 第八章设计心得 第一章．设计概要 1.1 技术参数： 输入直流电压Vin=25V，输出电压Vo=10V，输出电流Io=0.5A，最大输出纹波电压50mV，工作频率f=30kHz。 1.2 设计要求： （1）设计主电路，建议主电路为：采用BUCK 变换器，大电容滤波，主功率管用MOSFET；（2）选择主电路所有图列元件，并给出清单； （3）设计MOSFET 驱动电路及控制电路； （4）绘制装置总体电路原理图，绘制：MOSFET 驱动电压、BUCK 电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（波形汇总绘制，注意对应关系）； （5）编制设计说明书、设计小结。 第二章．电路基本概述 直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter）。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，输入与输出不之间不隔离。直流斩波电路的种类较多，包括6 种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk 斩波电路，Sepic 斩波电路和Zeta 斩波电路。Buck 电路作为一种最基本的DC/ DC 拓扑，结构比较简单，输出电压小于输入电压，广泛用于各种电源产品中。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可以分为脉冲宽度调试、频率调制和混合型三种控制方式，Buck 电路的研究对电子产品的发展有着重要的意义。MOSFET 特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW 的电力电子装置。功率MOSFET 的种类：按导电沟道可分为P沟道和N 沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET 主要是N 沟道增强型。 第三章.电力总体设计方案 3.1 电路的总设计思路 Buck 变换器电路可分为三个部分电路块。分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。主电路模块，由MOSFET 的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u。的大小。控制电路模块，可用SG3525 来控制MOSFET 的开通与关断。驱动电路模块，用来驱动MOSFET。 3.2 电路设计总框图 电力电子器件在实际应用中，一般是有控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。有信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断，来完成整个系统的功能。因此，一个完整的降压斩波电路也应该包括主电路，控制电路，驱动电路和保护电路致环节。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，设计出降压斩波电路的结构框图如下图所示。 DC/DC 变换器的概念7【】15【】19【】 将一个固定的直流电压变换成可变的直流电压称之为DC/DC 变换，亦称为直流斩波。用斩波器斩切直流的基本思想是：如果改变开关的动作频率，或者改变直流电流通和断的时间比例，就可以改变加到负载上的电压、电流的平均值。Buck 变换器又称降压变换器、串连开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。 基本的DC/DC 变换器按输入输出之间是否有电气隔离可分为两类：隔离型DC/DC 变换器和非隔离型DC/DC 变换器。非隔离型DC/DC 变换器中存在四种基本的变换器拓扑，它们是降压式（Buck ）型,升压式(Boost)型,升降压式(Buck-boost)型,Cuk 型，此外还有Sepic 型和Zeta 型变换器。 二电平Buck 直流变换器的工作原理及主电路图2【】13【】25【】26【】 1 主电路拓扑 Buck 变换器是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。它的拓扑为电压源、串联开关和电流负载组合而成。如图所示： 图 Buck 电路主电路拓扑 为了分析稳态特性，简化推导公式的过程，特作如下假定。 (1) 开关晶体管、二极管均是理想元件。也就是可以瞬间的导通和截至，而且导通时降压为零，截至时漏电流为零。 (2) 电感、电容是理想元件。电感工作在线性区而未饱和，寄生电阻为零，电容的等效串联电阻为零。 (3) 输出电压中的纹波电压与输出电压的比值小到允许忽略。 Buck 变换器的工作原理：当开关管S 导通时，电容开始充电，i U 通过向负载传递能量，此时，L i 增加，电感内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加，而续流二极管因反向偏置而截至；当S 关断时，由于电感电流L i 不能突变，故L i 通过二极管VD 续流，电感电流逐渐减小，由于二极管VD 的单向导电性，L i 不可能为负，即总有L 0i ,从而可在负载上获得单极性的输出电压。 根据晶体管的开关特性，在管子的基极加入开关信号，就能控制它的导通和截至，对于NPN 晶体管，当基极加入正向信号时，将产生积极电流b i ，基极正向电压电压升高，b i 也随之升高，b i 达到一定数值后，集电极电流c i 达到最大值，其后继续增加b i ，b i 基本上保持不变，这种现象称为饱和。在饱和状态下，晶体管的集射极电压很小，可以忽略不计。因此晶体管的饱和状态相当于开关的接通状态。当基极加入反向偏压时，晶体管截至，集电极电流 c i 接近于零，而晶体管的集射极电压接近于电源电压。晶体管的这种状态相当于开关的断开 状态，通常称为截至状态，或称为关断状态。 n LCD Monitor and LCD TV n Portable instrument power supply n Telecom / Networking Equipment component count. Figure1. Package Type of XL4015 Pin Configurations Figure2. Pin Configuration of XL4015 (Top View) Table 1 Pin Description Pin Number Pin Name Description 1 GND Ground Pin. Care must be taken in layout. This pin should be placed outside of the Schottky Diode to output capacitor ground path to prevent switching current spikes from inducing voltage noise into XL4015. 2 FB Feedback Pin (FB). Through an external resistor divider network, FB senses the output voltage and regulates it. The feedback threshold voltage is 1.25V . 3 SW Power Switch Output Pin (SW). SW is the switch node that supplies power to the output. 4 VC Internal V oltage Regulator Bypass Capacity. In typical system application, The VC pin connect a 1uf capacity to VIN. 5 VIN Supply V oltage Input Pin. XL4015 operates from a 8V to 36V DC voltage. Bypass Vin to GND with a suitably large capacitor to eliminate noise on the input. 物电学院开关电源技术课程实践报告《降压型DC/DC开关电源的研究与设计》 姓名：刘鹏飞 学号： 131103034 学院：物理与电气工程学院 日期： 2015年12月26日 指导老师：许树玲 降压型DC/DC开关电源的研究与设计 摘要：随着开关电源技术的迅速发展，DC/DC开关电源已在通信、计算机以及消费类电子产品等领域得到了广泛应用。近年来，电池供电便携式设备的需求越来越大，对DC/DC开关电源的需求也日益增大，同时对其性能要求也是越来越高。 本文设计了一款降压型DC/DC开关电源电路。首先详细的分析和阐述了降压型转换器的电路拓扑和工作原理，根据系统性能设计了电路的整体框图。然后对电路的各个模块进行了分析和设计，包括输入电路，降压电路和显示电路。 关键词：开关电源；降压型；DC/DC转换 1 开关电源现状及前景 1.1 国内外开关电源的发展状况 电源管理芯片市场的品牌构成仍是国外厂商处于领先地位，市场排名前十的企业无一例外全部为外资企业，其中美国厂商优势明显。国外开发电源管理芯片的厂商很多，主要有NCP、IR、MAXIM、ST、TI、PI等，他们的产品都已经非常成熟能够提供高质量、全系列的电源管理芯片。在非隔离的DC/DC转换技术中，TI公司的预检测栅驱动技术采用数字技术控制同步BUCK，转换效率高达97%，其中TPS40071等是其代表产品。在电源数字化方面走在前面的公司有TI和Microchip，TI公司已经用TMS320C28F10制成了通讯用的48V输出大功率电源模块，其中PFM和PWM部分完全为数字式控制。 2 DC/DC降压型开关电源设计 本电路主要包括变压器降压，桥式整流电路，滤波电路，降压电路，AD转换电路，和数字显示构成。其中降压电路是一种高效的三增益开关电源DC/DC 降压变换器。从1V起调的稳压电源，电路使用时，只须调节电源电压调节器（可调电阻），即可得到 1V-20V之间所需的电压。系统结构框图如图12所示 图1 DC/DC降压型开关电源的结构框图 双向直流-直流变换器的设计与仿真 姓名：张羽 学号：109081183 指导教师：李磊 院系：动力工程学院 摘要：本文选取了一种以Buck-Boost变换器为基础的双向DC-DC变换器进行了研究，设计了一种隔离型Buck-Boost双向DC-DC变换器。并根据设计指标，对变压器、输出滤波器、功率开关等进行参数设计，并使用saber仿真软件完成了这种带高频电气隔离的拓扑的仿真。 关键字：双向DC-DC变换器Buck-Boost变换器saber仿真软件uc3842 0 引言 所谓双向DC-DC变换器就是实现了能量的双向传输，在功能上相当于两个单向DC-DC。它的输入、输出电压极性不变，但输入、输出电流的方向可以改变。是典型的“一机两用”设备。在需要双向能量流动的应用场合可以大幅度减轻系统的体积重量及成本。 近年来,双向DC/DC变换器在电动汽车、航天电源系统、燃料电池系统以及分布式发电系统等方面得到了广泛应用。 1 基本电路的选取 DC-DC功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的DC-DC变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的DC-DC变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。下面主要讨论非隔离型升压式DC-DC变换器的工作原理。 本文选取Buck-Boost双向DC-DC变换器进行了仿真实验。 2 Buck-Boost双向DC-DC变换器 2.1 Buck-Boost变换器 将Buck变换器与Boost变换器二者的拓扑组合在一起，除去Buck中的无源开关，除去Boost中的有源开关，如图所示，称为升降压变换器。它是由电压源、电流转换器、电压负载组成的一种拓扑，中间部分含有一级电感储能电流转换器。它是一种输出电压既可以高于也可以低于输入电压的单管非隔离直流变换器。Buck-Boost变换器和Buck变换器与Boost变换器最大的不同就是输出电压的极性和输入电压的极性相反，输入电流和输出电流都是脉动的，但是由于滤波电容的作用，负载电流应该是连续的。 降压变换器的基本工作原理 在汽车中，有些照咖是由单个LED担任的，如顶灯、地图灯、行李箱照明灼。以 及门灯等。一只白光LED的正向压降为3—4V，汽车由蓄电他提供的内部电压，一舱 为12—14V，这就出现了输入电压远远超过LED所需要的情况。如果采用线性稳压器通过降压来驱动L四，必然会出现电源功率转换效率过低的问题。为此，必须采用开 关型DC仍C降压变换器，宅既为LED提供所需的低压电源、恒定的电流，又能有较 高的转换效率。降压变换器(BuCk)又称串联开关稳压器或开关型降压稳压器。下面介 绍降压变换器的基本电路拓扑和它的工作原理。降压变换器的电路形式及工作原理 降压变换器的电路形式如图所示 是开关管，VD是开关二极管，在VT截正期间，为电感电流提供继续流通的通路。由图见，输入和输ABC电子出在电气上是直接相通的，无隔离，属于非隔离型功率变换器。为分析简便起见，在电路的工作频率较高、电感工和电容Co较大时，输出 电压和流过二极管的电流可以视为稳定不变的，艾博希电子分别以定位RO、Jo表尔 当VT导退时，由于假定输入、输出电压是同定的，电感两端电压差RD厂RO也是一 个定值，这样，流过电感L的电流将按线性斤升，由初始的最小位即谷值JV直线上升，到开关管VT导通结束时，达到最大值人MM即峰值JP。 如VT的导通时间为则有：小当VT截女时，电感力图维持其电流不变。在电感 两端将产生感应电动势，极性为右正左负，与VT导通时的极性如图恰好相反。它使二极管w导通，为电感电流提供续流远路，此后，出其最大值／LMM(JP)线性卜降。如 果VT的截止时间为ROR，且在电感电流连续导通模式(CCM)下，则在截止期结束时，电感电流由峰值JP产降到谷值JV，并满足以下关系：价(k丛)RO；生JL＝Bp RO；在上面诺式中，7为开关周期，D为开关管的占空IC现货商比，o＝RJ厂，其值小于1，D越小，输出电压RO越小。由式(5—4)可见，输出电压RO与占空比D呈线性关系，D大，输出电压亦大；此外，输出电压比输入电压RM低，降压之名即由此而来。 如认为电路中的元件均足理想的、无损耗的，则电路的功率转换效率为1或如可见，输出电流的平均值要比输入电流的平均值大。同样可以证明，在YT截止期间，如 电感电流F降到军，电感电流将表现为不连续的状态(DCM)，即每次开关管导通时， LM2717型双降压直流/直流变换器的原理及应用 摘要：LM2717是美国国家半导体公司推出的一款全新的高性能变换器，内含两个脉宽调制(PWM)直流/直流转换器，功能强大。介绍了该器件的主要参数、工作原理和引脚功能，讨论利用LM2717进行应用设计时选择外部器件的原则及设计中应注意的问题。 关键词：LM2717；PWM；DC/DC变换器；设计 1 引言 LM2717是美国国家半导体公司推出的一款全新的高性能DC/DC变换器，内含2个降压脉宽调制(PWM)直流/直流变换器，其中一个专门用来提供固定输出3.3 V电压，另一个专门用来提供可调输出电压。2个变换器都设有导通电阻(RDSON)只有0.16 Ω的内部开关，确保转换效率最高，工作频率可以在300 kHz~600 kHz调节，系统可以采用较小巧的外部元件。每个变换器也可以用其关闭引脚单独关闭。该电路可广泛应用于薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)、测控装置、便携式产品和膝上电脑。 LM2717的主要特性如下： 3.3 V固定输出降压变换器，内有一个电流为2.2 A、电阻为0.16 Ω的内部开关； 可调降压变换器有一个电流为3.2 A、电阻为0.16 Ω的内部开关； 工作输入电压范围是4 V～20 V； 低电压输入保护； 可调工作频率范围为300 kHz-600 kHz； 24引脚TSSOP封装。 2 引脚功能 如图1所示为LM2717的引脚排列，各个引脚的基本功能如下： PGND(1，2，11，12)：电源地，AGND和PGND必须直接连在一起。 AGND(3,9，10)：模拟地，AGND和PGND必须直接连在一起。 FBl(4)：固定降压输出电压的反馈输入端。 VC1(5)：固定降压补偿网络连接引脚，接至电压误差放大器的输出端。 VVG(6)：带隙连接端。 VC2(7)：可调降压补偿网络连接引脚，接至电压误差放大器的输出端。 FB2(8)：可调降压输出电压的反馈输入端。 SW2(13)：可调降压电源开关输入端。开关连接在VIN引脚和SW2引脚之间。 VIN(14，15,23)：模拟电源输入端。VIN引脚应该直接连在一起。 CB2(16)：可调降压变换器自举电容器连接引脚。 SHDN2(17)：可调降压变换器的关闭引脚。低电压时激活。 SS2(18)：可调降压软启动引脚。 FSLCT(19)：转换频率选择输入端。利用一只电阻器可在300 kHz~600 kHz范围内设置频率。 高频开关电源中隔离降压式DC/DC变换器的制作方 法 方法。按照设计方法，设计出一台高频开关电源变压器，用于输入为48V(36～72V)，输出为2.2V、20A的正激变换器。设计出的变压器在实际电路中表现出良好的电气特性。关键词：高频开关电源；正激变换器；开关电源变压器 1引言 电力电子技术中，高频开关电源的设计主要分为两部分，一是电路部分的设计，二是磁路部分的设计。相对电路部分的设计而言，磁路部分的设计要复杂得多。磁路部分的设计，不但要求设计者拥有全面的理论知识，而且要有丰富的实践经验。在磁路部分设计完毕后，还必须放到实际电路中验证其性能。由此可见，在高频开关电源的设计中，真正难以把握的是磁路部分的设计。高频开关电源的磁性元件主要包括变压器、电感器。为此，本文将对高频开关电源变压器的设计，特别是正激变换器中变压器的设计，给出详细的分析，并设计出一个用于输入48V(36～72V)，输出2.2V、20A的正激变换器的高频开关电源变压器。 2正激变换器中变压器的制作方法 正激变换器是最简单的隔离降压式DC/DC变换器，其输出端的LC滤波器非常适合输出大电流，可以有效抑制输出电压纹波。所以，在所有的隔离DC/DC变换器中，正激变换器成为低电压大电流功率变换器的首选拓扑结构。但是，正激变换器必须进行磁复位，以确保励磁磁通在每一个开关周期开始时处于初始值。正激变换器的复位方式很多，包括第三绕组复位、RCD复位[1,2]、有源箝位复位[3]、LCD无损复位[4,5]以及谐振复位[6]等，其中最常见的磁复位方式是第三绕组复位。本文设计的高频开关电源变压器采用第三绕组复位，拓扑结构如图1所示。 开关电源变压器是高频开关电源的核心元件，其作用有三：磁能转换、电压变换和绝缘隔离。在开关管的作用下，将直流电转变成方波施加于开关电源变压器上，经开关电源变压器的电磁转换，输出所需要的电压，将输入功率传递到负载。开关变压器的性能好坏，不仅影响变压器本身的发热和效率，而且还会影响到高频开关电源的技术性能和可靠性。所以在设计和制作时，对磁芯材料的选择，磁芯与线圈的结构，绕 n Set-up Box n ADSL Modem n Telecom / Networking Equipment Figure1. Package Type of XL1410 Pin Configurations Figure3. Function Block Diagram of XL1410 Figure4. XL1410 Typical Application Circuit System Efficiency Curve Order Information Marking ID Package Type Packing Type Supplied As XL1410E1 XL1410E1 SOP-8L 2500 Units on Tape & Reel XLSEMI Pb-free products, as designated with “E1” suffix in the par number, are RoHS compliant. Absolute Maximum Ratings（Note1） Parameter Symbol Value Unit Input Voltage Vin -0.3 to 20 V Feedback Pin Voltage V FB-0.3 to Vin V EN Pin Voltage V EN-0.3 to Vin V Output Switch Pin Voltage V Output-0.3 to Vin V Power Dissipation P D Internally limited mW Thermal Resistance (SOP8) R JA100 oC/W (Junction to Ambient, No Heatsink, Free Air) Operating Junction Temperature T J-40 to 125 oC Storage Temperature T STG-65 to 150 oC Lead Temperature (Soldering, 10 sec) T LEAD260 oC ESD (HBM) 2000 V Note1: Stresses greater than those listed under Maximum Ratings may cause permanent damage to the device. This is a stress rating only and functional operation of the device at these or any other conditions above those indicated in the operation is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect reliability. AC/DC（开关型）电源变换器的设计 i 问题的提出 随着生产的发展和技术的进步，特别是各种具有整流入端的电力电子负载的广泛应用，即各种非线性的时变的负载和设备的大量涌现，电力系统中产生大量谐波并对电力系统的安全运行产生威胁。电力系统的谐波问题和低功率因数问题，主要由各种中小负载和设备的电子电源电源和电力电子装置造成的，它们是最严重的污染源。 因此应采用有效的措施，降低电子电源和电力电子装置的谐波，提高功率因数。目前绝大部分电子电源都采用的非控二极管整流、滤波大电容和开关稳压电路结构，把AC电源变换成DC电源。这种AC／DC变换电路的输入电压虽为正弦波，但输入电流却发生了畸变，，造成电网侧输入电流严重的非正弦化输入电流非正弦化必然导致电流总谐波失真(THD)高和功率因数(PF)低(这种AC／DC变换器线路功率因数一般只有0．5～0．7，造成的谐波含量很高，仅3次谐波就达6O 以上)，影响整个电力系统的电气环境及用电设备的安全经济运行。 2 有源功率因数校正功率因数校正(APFc)原理 提高电子电源的功率因数，抑制其电流谐波畸变，目前有无源校正和有源校正两种方案。无源校正是在电路中串联(或并联)无源LC谐振回路，使电路入端电流接近正弦波；有源校正是在电路中加入有源控制电路，使入端电流在一定程度上可控，从而校正电流波形，实现低谐波，高功率因数；有源校正电路比无源校正电路在效率、重量和成本等方面均有优势。因此对中小功率应用，最有效的措施是采用有源功率因数校正技术。有源校正方案在实现过程中，有降压变换型、升压变换型和反激变换型。其中降压变换型功率因数校正电路的输出电压难于控制}而反激变换型功率因数校正电路的峰值电流比较高，所以功率容量差；升压型功率因数校正电路的输入电压范围宽，一般认为是最合适的电子电源功率因数校正电路。升压型有源功率因数校正技术主要是控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之前，能与整流后的电压波形同相，从而避免了电流脉冲的形成，达到改善功率因数的目的。电路原理，在工作过程中，输入电感L。中的电流受到连续监控和调节，使之能跟随并与整流后单相正弦电压成比例。通过乘法器实现由输入误差信号V 和输入电压来调控正弦基准电流I 的幅度，从而达到调整输出电压的目的。有源功率因数校正电路尽管作用明显，但控制电路比较复杂，随着电子技术的发展，专用于APFC的Ic电路已对设计高功率因数、低谐波失真的各类电子电路提供了技术支持。 3 MC34261的电路结构与特点MC34261单片Ic主要采用双列直播式8脚塑封，其引脚定义。其中脚1( VFB )为反馈电压输入端}脚2(COMP)为误差放大器输入端，与脚1接有补偿元件；脚3(MULT IN)为乘法器输入端；脚4(c．S+)为电流传感输入；脚5(I一)为零电流检测输入；脚6(GND)为接地脚；脚7(V。)为PWM 驱动输出端，直接驱动MOSFET；脚8(V )提供正电源电压。MC34261由内部电源、欠压锁定、误差放大器、一象限乘法器、电流传感比较器、零电流检测器、电流检测逻辑及驱动输出等单元电路组成。内部功能框图。 MC34261 的启动阀值电压为10土0+8V，启动电流是0．3mA，工作电流典型值是7．1mA，峰值驱动输出电流为0．5A，动耗不大于0．8W。除欠压锁定之外，MC34261的保护功能还包括输出箝位、峰值电流限制等。MC34261属于可变频率不连续电流型功率因数控制Ic。与固定频率不连续电流型控制 Ic比较，MC34261可提供更高的APFC 能力和更低的liD。MC34261的引脚排列和引脚功能与SILICINGENERAl 公司的SG3561A 和三星公司的KA7524相同，性能等效于西门子公司的TDA4817，但引脚排列不同。 2 Buck 直流变换器的工作原理及动态建模 2.1 DC/DC 变换器的概念7【】15【】19【】 将一个固定的直流电压变换成可变的直流电压称之为DC/DC 变换，亦称为直流斩波。用斩波器斩切直流的基本思想是：如果改变开关的动作频率，或者改变直流电流通和断的时间比例，就可以改变加到负载上的电压、电流的平均值。Buck 变换器又称降压变换器、串连开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。 基本的DC/DC 变换器按输入输出之间是否有电气隔离可分为两类：隔离型DC/DC 变换器和非隔离型DC/DC 变换器。非隔离型DC/DC 变换器中存在四种基本的变换器拓扑，它们是降压式（Buck ）型,升压式(Boost)型,升降压式(Buck-boost)型,Cuk 型，此外还有Sepic 型和Zeta 型变换器。 2.2 二电平Buck 直流变换器的工作原理及主电路图2【】13【】25【】26【】 1 主电路拓扑 Buck 变换器是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。它的拓扑为电压源、串联开关和电流负载组合而成。如图2.1所示： 图2.1 Buck 电路主电路拓扑 为了分析稳态特性，简化推导公式的过程，特作如下假定。 (1) 开关晶体管、二极管均是理想元件。也就是可以瞬间的导通和截至，而且导通时降压为零，截至时漏电流为零。 (2) 电感、电容是理想元件。电感工作在线性区而未饱和，寄生电阻为零，电容的等效串联电阻为零。 (3) 输出电压中的纹波电压与输出电压的比值小到允许忽略。 Buck 变换器的工作原理：当开关管S 导通时，电容开始充电，i U 通过向负载传递能量，此时，L i 增加，电感内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加，而续流二极管因反向偏置而截至；当S 关断时，由于电感电流L i 不能突变，故L i 通过二极管VD 续流，电感电流逐渐减小，由于二极管VD 的单向导电性，L i 不可能为负，即总有L 0i ,从而可在负载上 B u c k降压式变换器基本结构及原理 一、Bu c k变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中，Q为开关管，其驱动电压一般为P WM(Pu l se wi d th m od u la t io n 脉宽调制)信号，信号周期为T s，则信号频率为f=1/T s，导通时间为T o n，关断时间为T of f，则周期Ts=To n+T o ff，占空比D y=T on/Ts。 B u c k变换器有两种基本工作方式： C C M(C o nt i nu o us c u rr e nt m o de)：电感电流连续模式，输出滤波电感Lf的电流总是大于零 D C M(D i sc o nt i nu o us cu r re n t m od e)：电感电流断续模式，在开关管关断期间有一段时间Lf的电流为零 1.1C CM时的基本关系： 1.2D CM时的基本关系： D C M可分为两种典型情况： 输入电压Vi n不变，输出电压V o变化，常用作电动机速度控制或充电器对蓄电池的恒流充电 输入电压Vi n变化，输出电压Vo恒定，即普通开关稳压电源 1.3电感电流临界连续的边界： 1.3.1输入电压恒定不变时：Vi n=c o ns t 可画出Bu ck变换器在V i n=c on st时的外特性曲线： 图中虚线为电感电流临界连续的边界，内部为电流断续区，外面为电流连续区。 理想情况下，在电流断续区输出电压仅由占空比Dy确定。实际电路中，因元器件的非理想化，在电感电流的连续区，Bu ck变换器的外特性也是下降的，即I o加大，V o降低。为保持Vo不变，在I o增加时，要适当加大占空比Dy。 1.3.2输出电压恒定不变时：Vo=co n st 可画出Bu ck变换器在V o=c o ns t时的标幺特性曲线： 电力电子技术课程设计院系：机电学部 专业8自动化01 名字：彭奕钦 学号：0841040123 摘要 电源半导体产品近期呈现快速增长趋势，甚至超过了数字处理器和存储器等半导体的增长速度。大部分增长来源于高容量电池供电的电子产品，如手机和数字音乐播放器。由于所有电子产品都需要有电源供电，所以电源管理技术变得至关重要。在这样的前提下，设计开发高效率、高频、小体积的DC-DC开关电源芯片，无论是从经济角度，还是从科学研究上来讲都是很有价值的。 本文对开关电源的发展历史、当下发展状况以及将来的发展趋势作了简要的介绍，随后阐述了降压型AC-DC开关电源的核心部分——DC-DC转换器（降压斩波电路）的拓扑结构及其工作原理，描述了DC-DC转换器的控制方法——脉宽调制控制（PWM）。在此基础上设计了一款基于电压控制模式的PWM降压型AC-DC 开关电源，设计的内容包括主电路的设计、控制及驱动电路的设计、保护电路的设计以及各个部分的电路设计图，并给出设计参数。 Power semiconductor product recent presents the fast growth trend, even more than the digital processor and memory, etc Semiconductor growth. Most of the growth comes from the high capacity battery power supply of electronic products, such as cell phones and number Word music player. Because all electronic products need to have power supply, so the power management technology to become Closes importantly. In this premise, the design and development of high efficiency and high frequency, small volume of DC-switch power supply, whether DC chip from economic Angle, or from scientific research, are of great value. In this paper, the development history of switch power supply, the present development situation and future development trend are introduced, then expounds the buck type AC-DC switch power supply, the core of DC-DC converter (step-down chopper) the topological structure of and work principle, describes the DC-DC converter control method, the pulse width modulation (PWM) control. On the basis of the design of voltage control mode based on the PWM step-down type AC-DC switch power supply, the content of the design including the main circuit design, control and power circuit design, protection circuit design and each part of the circuit design, and gives the design parameters.降压式开关电源
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