高频开关电源中隔离降压式DCDC变换器的制作方法.
DCDC变换器的设计方案
DC-DC变换器的设计方案一种模块化高效DC-DC变换器的开发与研制设计方案一、设计任务：设计一个将220VDC升高到600VDC 的DC-DC变换器。
在电阻负载下，要求如下：1、输入电压U=220VDC，输出电压u=600VDC。
2、输出额定电流|;:=2.5A，最大输出电流Iomax=3Ao3、当输入山在小范围内变化时，电压调整率SV W2%（在匕=2.5A时）。
4、当|<在小范围你变化时，负载调整率SI W5%（在||=220VDC时）。
5、要求该变换器的在满载时的效率n±90%o6、输出噪声纹波电压峰-峰值U t）pp<1V（在Ui=220VDC,u=600VDC,［（=2・5A条件下）。
7、要求该变换器具有过流保护功能，动作电流设定在3A o8、设计相关均流电路，实现多个模块之间的并联输出。
二、设计方案分析1、DC-DC升压变换器的整体设计方案主电路图1DC-DC变换器整体电路图如图1升压式DC-DC变换器整体电路所示，该DC/DC电压变换器由主电路、采样电路、控制电路、驱动电路组成；开关电源的主电路单元、样电路单元采、控制电路单元、驱动电路单元组成闭环控制系统，是相对输出电压的自动调整。
控制电路单元以SG3525为核心，精确控制驱动电路，改变驱动电路的驱动信号，达到稳压的目的。
2、DC-DC升压变换器主电路的工作原理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DC600V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。
图2(a )DC-DC变换器主电路图2(b )DC-DC 变换器主电路图2(a )是升压式DC-DC 变换器的主电路，它主要由开关变换电路、高频变压电路、整流电路、输出滤波电路四大部分组成；图1(b )是用matlab 模拟主电路 DC220V出的升压式DC-DC变换器的主电路图。
隔离型DCDC变换器课件
分布式电源系统中的应用
在分布式电源系统中，隔离型DCDC变 换器主要用于将多个分布式电源的输出
进行统一管理和调节。
分布式电源系统的电源可能来自不同的 能源，如太阳能、风能、燃料电池等， 其输出电压和电流各不相同，因此需要 使用隔离型DCDC变换器进行统一调节
。
隔离型DCDC变换器能够实现高效率的 能量转换，同时保证系统的稳定性和安
宽范围输入输出
优化控制策略，实现宽范 围输入输出电压的稳定控 制。
高效能量传输
优化控制策略，实现能量 的高效传输和利用。
元器件的优化选择
高频开关器件
选择高频开关器件，提高转换效 率，减小体积和重量。
高性能磁性元件
选择高性能磁性元件，减小磁芯损 耗和线圈损耗，提高效率。
高精度检测元件
选择高精度检测元件，提高输出电 压的精度和稳定性。
变换器的安全运行。
驱动电路设计
驱动芯片选择
根据开关元件的特性和控制信号的要 求，选择合适的驱动芯片。
隔离设计
根据主电路的拓扑结构和安全规范， 设计适当的隔离电路，以确保驱动信 号与主电路的电气隔离。
驱动信号处理
对控制电路输出的控制信号进行必要 的处理，以满足驱动芯片的输入要求 。
驱动信号调整
根据开关元件的特性和控制要求，调 整驱动信号的幅度、相位和频率等参 数。
PART 03
隔离型DCDC变换器的电 路设计
REPORTING
主电路设计
输入与输出电压范围
确定变换器的输入和输出电压 范围，以满足特定的应用需求
。
功率等级
根据负载需求，选择合适的功 率等级，并据此选择适当的元 件。
拓扑结构
选择合适的主电路拓扑结构， 如Bo分析
高频开关电源中隔离降压式DCDC变换器的制作方法.
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。
一种高功率大电流隔离dc-dc电路的制作方法
一种高功率大电流隔离dc-dc电路的制作方法
制作高功率大电流隔离DC-DC电路的方法主要包括以下步骤：
1. 确定电路需求：根据所需的功率和电流大小，选择合适的组件和材料。
大功率大电流隔离DC-DC电路通常包括DC-DC变换器、变压器、散热器等。
2. 设计电路原理图：根据电路需求，设计DC-DC变换器的原理图。
原理图应包括输入和输出电源连接、输入和输出滤波器、开关管和主控电路等。
3. 选择电路元件：根据原理图设计，选择合适的电路元件。
例如，选择适当的功率MOS管作为开关管，选择合适的变压器等。
4. PCB设计和制造：根据原理图设计，制作电路板。
PCB设计应考虑电路元件的布局、信号线和电源线的布线、散热器的安装等因素。
5. 元件焊接：将电路元件按照原理图和PCB设计进行焊接。
注意焊接的准确性和可靠性。
6. 进行电路测试：对制作的电路进行严格的测试，包括输入电压和输出电压的测试、输出电流和功率的测试、温度和散热器的测试等。
7. 调试和优化：根据测试结果，对电路进行调试和优化，以确保电路的稳定性
和性能。
8. 安装和封装：将电路安装在合适的外壳中，加入合适的散热器、连接器等，并进行封装。
注意事项：
1. 在设计和制作过程中要注意电路元件的额定功率和电流，确保电路的可靠性和安全性。
2. 在测试和调试过程中要注意避免短路和过热等问题，并采取相应的保护措施。
3. 如果不具备相关电路设计和制作的经验，建议请专业人员进行设计和制造，以确保电路的性能和安全。
4-开关电源-隔离型DC-DC变换器PPT课件
电源技术
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck-Boost变换器-单端反激型变换器
开关管的选择
VT
VD
uB
当开关管导通时，开关管最 Ui 大电压
N1
N2
C0
UO
UVT max U1 nUo
额定电压一般取此最大电压的2~3倍。
电源技术
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck-Boost变换器-单端反激型变换器
VD
L
Ui VD2
VD1
VT uB
C0
UO RL
当VT截止时，初级绕组和次级绕组下正上负VD反偏截 止。去磁绕组上正下负，VD2导通，释放磁芯的能量。 输出回路有电感L供应电能。
电源技术
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck变换器-单端正激变换器
工作原理
当VT截止
uVD1
0
VD
L
uN1
t
0
Ui
VD1
UVT
Ui
N1 N2
Uo
Ui
N N
1 2
U
iton
RL 2L1T
uVD1
0
t
uN1 0
VT
VD
t
uB
Ui
N1
N2
C0
UO
VT承受的电压与负载有关，注意负载的选择，否则会 电烧源掉技术二极管和开关管。
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck-Boost变换器-单端反激型变换器
变压器磁通连续状态
uVD1
C0
UO
RL
t
VD2 VT
uB
iVD 0 t
电源技术
隔离型DC/DC变换器
具有隔离DC-DC降压变换器仿真设计
具有隔离的DC-DC 降压变换器的仿真设计1.设计要求输入电压：U IN =100±20V ； 输出电压：U O =12V ； 输出电压纹波：ΔU<70mV ； 输出功率：P O =12W ； 效率：η>78%；半载切满载，满载切半载，输出电压变化小于200mV ； 10%负载切半载，半载切10%负载，输出电压变化小于200mV ； 负载调整率小于1%； 变换器带有隔离环节；2.开环参数设计根据输入输出电压值和要求带有隔离环节，本文采用正激变换器。
为了便于仿真，本文使用线性变压器，省略原端磁复位结构。
设定变压器匝数比为4，由IN O U D N N U ⋅⋅=12，得开环占空比D=0.48。
让电路工作在电流连续模式，由公式A 1)1(2<-=D D LTU I i LC ，求出电感最小值31.2uH ，取电感值为48uH ；由公式mV 708)1(2<-=∆O O U LCT D U ，求出电容最小值为27.8uF ，取电容值为60uF 。
观察开环仿真输出，纹波峰峰值约为25mV ，小于70mV ，满足要求。
纹波波形如图所示：3.闭环系统PID 方案的参数设计和仿真闭环系统框图如下：G c(s )H (s )G m(s )G vd(s )×-+V ref Vo其中，G c (s)为控制器的传递函数，G m (s)为幅值等于1的三角波比较器传递函数，因为直接把输出电压反馈回系统，所以H (s)=1。
由于开关电源是一个线性与非线性相结合的综合系统，研究起来比较困难，本文应用状态空间平均法来对其中的buck 电路拓扑进行小信号分析，不考虑“ESR 零点”，得出buck 电路的小信号标准化模型为：LCs R sL s G vd 2/11)(++=，由此可知系统的开环传递函数为LCs R sL V N U s G RAMPINd 2/111)(++⋅⋅⋅=。
代入数据可以得到系统的开环传递函数11041088.225)(629+⨯+⨯=--s s s G d 。
隔离式DC-DC变换器
项目
设计报告 方案设计与论证、理论计算与分析、
（20 分）
电路图、测试数据等
基本要求 （50 分）
发挥部分 （50 分）
完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项 完成第（4）项 完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项
其他 总分
满分
20
20 10+20
10 10 20 10+20 10 10 120
三、 说明
（1）能够完成发挥部分时，基本要求可以免测。 （2）能够完成基本要求（2）时，基本要求（1）可以免测。 （3）能够完成发挥部分（2）时，发挥部分（1）可以免测。 （4）比赛场地：60cm×60cm 灰色瓷砖地面；小汽车跑道宽度为 1.5~2cm，由黑色胶带 直接粘接在瓷砖而成；车库由长宽为 30cm×15cm 的黑色实心长方形构成，该长方形为停靠 满分区，绿色区域（40cm×20cm 瓷砖）为有效得分区。 （5）小汽车：本身带有电池提供能量，不允许外部电源供电。允许用玩具小汽车改装， 其外围尺寸的限制：长度≤30 cm,宽度≤15 cm。 （6）跷跷板为 40cm×100cm 木板，木板上有十字交叉黑色导引线（黑色胶带），跷跷 板倾角最大 10°左右。 （7）配重物体位置任意放置，质量约 1kg 左右。 （8）比赛开始后，在 1 分钟内没有完成基本要求（或 3 分钟没有完成发挥部分）记一 次失败。每组选手有 2 次机会。比赛中小车发生故障，限 10 分钟内修复，届时不能修复者， 不得继续参加比赛。
r ɵ
图 1 场地
二、设计要求
图 2 声源
1．基本要求 （1）每个位置鸣响三次，每次间隔不少于 5 秒，三次后设备判断声源所在 位置，位置用距离圆心的距离加与 0 度线夹角角度标识（r 和θ），长度单位用米 标识，保留到厘米位。角度用度（一周为 360 度）标识，精确到 1 度，并采用屏 幕、LED 指示、语音播报等任意方式进行显示； （2）各队的得分以相对误差γ大小排序，γ=0.4γr+0.6γθ，γr=rx/r, rx 为距 离的测量结果，r 为距离的实际值，γθ=θx/θ, θx 为夹角的测量结果，θ为夹 角的实际值。结果中误差最小的队得 50 分，第二名 45 分，依次类推。 （3）一共提供三组统一测试点，按照平均分数计算结果。 2．扩展要求 以上要求不变，测试点放置到圆形之外，半径五米以内的范围进行测量。
具有隔离的DC-DC降压变换器的仿真设计
具有隔离的DC-DC 降压变换器的仿真设计1.设计要求输入电压：U IN =100±20V ； 输出电压：U O =12V ； 输出电压纹波：ΔU<70mV ； 输出功率：P O =12W ； 效率：η>78%；半载切满载，满载切半载，输出电压变化小于200mV ； 10%负载切半载，半载切10%负载，输出电压变化小于200mV ； 负载调整率小于1%； 变换器带有隔离环节；2.开环参数设计根据输入输出电压值和要求带有隔离环节，本文采用正激变换器。
为了便于仿真，本文使用线性变压器，省略原端磁复位结构。
设定变压器匝数比为4，由IN O U D N N U ⋅⋅=12，得开环占空比D=0.48。
让电路工作在电流连续模式，由公式A 1)1(2<-=D D LTU I i LC ，求出电感最小值31.2uH ，取电感值为48uH ；由公式mV 708)1(2<-=∆O O U LCT D U ，求出电容最小值为27.8uF ，取电容值为60uF 。
观察开环仿真输出，纹波峰峰值约为25mV ，小于70mV ，满足要求。
纹波波形如图所示：3.闭环系统PID 方案的参数设计和仿真闭环系统框图如下：G c(s )H (s )G m(s )G vd(s )×-+V ref Vo其中，G c (s)为控制器的传递函数，G m (s)为幅值等于1的三角波比较器传递函数，因为直接把输出电压反馈回系统，所以H (s)=1。
由于开关电源是一个线性与非线性相结合的综合系统，研究起来比较困难，本文应用状态空间平均法来对其中的buck 电路拓扑进行小信号分析，不考虑“ESR 零点”，得出buck 电路的小信号标准化模型为：LCs R sL s G vd 2/11)(++=，由此可知系统的开环传递函数为LCs R sL V N U s G RAMPINd 2/111)(++⋅⋅⋅=。
代入数据可以得到系统的开环传递函数11041088.225)(629+⨯+⨯=--s s s G d 。
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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
图1 第三绕组复位正激变换器
正激变换器中变压器的制作
制工艺等都要有周密考虑。
开关电源变压器工作于高频状态，分布参数的影响不能忽略，这些分布参数有漏感、分布电容和电流在导线中流动的趋肤效应。
一般根据高频开关电源电路设计的要求提出漏感和分布电容限定值，在变压器的线圈结构设计中实现，而趋肤效应影响则作为选择导线规格的条件之一。
2.1变压器设计的基本原则
在给定的设计条件下磁感应强度B和电流密度J是进行变压器设计时必须计算的参数。
当电路主拓扑结构、工作频率、磁芯尺寸给出后，变压器的功率P与B和J的乘积成正比，即P∝B·J。
当变压器尺寸一定时，B和J选得高一些，则某一给定的磁芯可以输出更大的功率；反之，为了得到某一给定的输出功率，B和J选得高一些，变压器的尺寸就可以小一些，因而可减小体积，减轻重量。
但是，B和J的提高受到电性能各项技术要求的制约。
例如，若B过大，激磁电流过大，造成波形畸变严重，会影响电路安全工作并导致输出纹波增加。
若J很大，铜损增大，温升将会超过规定值。
因此，在确定磁感应强度和电流密度时，应把对电性能要求和经济设计结合起来考虑。
2.2各绕组匝数的计算方法
正激变换器中的变压器的磁芯是单向激磁，要求磁芯有大的脉冲磁感应增量。
变压器初级工作时，次级也同时工作。
1)计算次级绕组峰值电流IP2
变压器次级绕组的峰值电流IP2等于高频开关电源的直流输出电流Io，即
IP2=Io（1）
2)计算次级电流有效值I2I2=·Ip2（2）
式中：D是正激变换器最大占空比。
3)计算初级绕组电压幅值Up1
Up1=Uin－ΔU1（3）
式中：Uin是变压器输入直流电压（V）；
ΔU1是变压器初级绕组电阻压降和开关管导通压降之和（V）。
4）计算次级绕组电压幅值Up2Up2=（4）
式中：Uo是变压器次级负载直流电压（V）；
ΔU2是变压器次级绕组电阻压降和整流管压降之和（V）。
5)计算初级电流有效值I1
忽略励磁电流等影响因素，初级电流有效值I1按单向脉冲方波的波形来计算：I1=·I2（5）
6)计算去磁绕组电流有效值IH
去磁绕组电流约与磁化电流相同，约为初级电流有效值的5％～10％，即
IH≈(0.05～0.1)·I1（6）。