电气工程综合设计报告模板(2014-12-16)

编号

南京航空航天大学

电气工程综合设计报告

题目Super-buck充电电路主功率设

计及仿真

学生姓名班级学号成绩谢双春0313205 031320528

学院自动化学院

专业电气工程及其自动化

指导教师胡海兵教授

二〇一五年一月

Super-buck充电电路主功率设计及仿真

摘要

首先，本文对DC-DC变换器进行了分析、比较，结合高压、宽输入，小功率和多路输出的设计要求，选择双管反激电路作为辅助电源；结合高压、宽输入，大功率的设计要求，选择交错并联双管正激电路。

其次，本文详细阐述了双管反激变换器的稳态工作原理，分析比较了双管反激变换器两种工作模式的特点；对双管反激主电路以及基于UC3844的控制电路进行了详细的设计，并且建立了SABER 下的仿真模型；利用Protel绘制原理图及PCB，并研制出样机。此部分完成了双管反激变换器的原理分析、参数设计、损耗分析、仿真、一台20W、4路输出的样机制作及实验，实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词：双管反激变换器，双管正激变换器，损耗分析

目录

摘要 (i)

Abstract ...................................................................................................... 错误！未定义书签。第一章概述......................................................................................................................... - 1 - 第二章双管反激变换器的研究......................................................................................... - 2 - 第三章双管反激式开关电源的损耗分析......................................................................... - 3 -

3.1双管反激变压器的损耗分析................................................................................... - 3 -

3.2双管反激变换器其它元件的损耗模型分析.............................. 错误！未定义书签。

3.3 本章小结..................................................................................... 错误！未定义书签。第四章双管反激式多路输出开关电源的设计与硬件实现............................................. - 4 -

4.1 DCM模式反激变换器功率电路设计..................................................................... - 5 -

4.2控制电路的设计.......................................................................... 错误！未定义书签。

4.3 双管反激变换器的SABER仿真.............................................. 错误！未定义书签。

4.4样机的制作及实验效率测试...................................................... 错误！未定义书签。

4.5 本章小结..................................................................................... 错误！未定义书签。

第一章概述

1.1课题背景

线性稳压电源和开关稳压电源是现有的电源两种主要类型，它们基于不同特点而被广泛应用于不同的场合：线性稳压电源的优点是输出电压精度高、输出纹波电压小、稳定性好、可靠性高。

1.2 DC/DC变换器拓扑的选择

隔离型DC-DC 变换器包括反激、正激、推挽、半桥以及全桥等。这类变压器适用于升降压范围宽，输入输出间需要电气隔离的场合[14]。图1.1 给出了这几种变换器的电路图，下面将结合电路要求，简要介绍这几种变换器的优缺点。

1.3课题主要研究内容

本文主要以双管直直变换器为研究对象，研究双管直直变换器的工作原理、控制方式及参数设计方法。其主要内容主要分为以下七章：

第一章介绍课题研究背景，根据几种隔离型DC/DC变换器的特点及电路要求选择拓扑。

第二章研究了双管反激式直直变换器，分析了双管反激变换器的连续和断续工作模式，并对两种模式进行比较。

第三章详细论述了UC3844控制的20W双管反激变换器开关电源的设计过程，同时介绍了电流型控制芯片UC3844的内部结构和工作原理。运用SABER对双管反激电

路进行仿真。制作了样机并给出了实验结果，与理论分析进行了比较。

第四章给出交错并联双管正激变换器电路中主要元器件的选取和设计过程。分别对交错并联双管正激变换器是否带有LC无损吸收电路的两种情况进行SABER仿真，

并比较仿真结果。

第五章总结了本文所做的工作。

第二章 双管反激变换器的研究

在双管反激拓扑中，开关管导通时，变压器储存能量，负载电流由输出滤波电容提供；开关管关断时，变压器将储存的能量传送到负载和输出滤波电容，以补偿电容单独供电时消耗的能量。反激变换器的主要优点是不需要滤波电感，双管反激保留了单端反激的优点，在多路输出中，这一优点对减小变压器体积，降低成本尤为重要。

2.1 双管反激变换器稳态工作原理

2.1.1电流连续模式(CCM) 1) 双管反激变换器的基本关系 电路图如图2.1所示。

当晶体管导通时，在理想情况下，输入电压Ui 全部加在电感变压器的初级错误！未找到引用源。N 1上，二极管反偏截止，因此电感变压器此时作为电感运行。若电感L 1错误！未找到引用源。是线性的，初级电感电流变化量为

11

i

on U i T L ∆=

(2- 1)

当晶体管截止时，二极管导通，电感能量向负载放电和向电容充电。设电容电压变化很小，次级电流变化量

22

o

off U i T L ∆=

(2- 2)

在稳态时，根据转换瞬间能量守恒有

1122i N i N ∆=∆

(2- 3)

由以上各式可以得到

理，对不同模式下的电路进行了模态分析，比较了两种模式下电路的优缺点。