光隔型DCDC开关电源稳压系统设计

1、综合课程设计报告题目光隔型DC/DC开关电源稳压系统设计学院 专业 班级 学号 学生姓名 指导教师 张卫、孟明完成日期 2016-05-28一、 课程设计目的（一）加强工程实践能力锻炼（二）培养知识综合运用能力本课程设计的重点是围绕着控制系统的建模、分析、校正（确定调节律）及系统的实现技术等环节进行，着重培养学生具有综合运用已学的自动控制原理、模拟电子、数字电子、电力电子技术及控制系统MATLAB仿真等知识，分析、设计简单控制系统的初步能力，并具有运用EDA软件Protel99se或DXP，规范地绘制电路原理图的基本能力。二、课程设计题目与要求1、题目：光隔型DC/DC开关电源稳压系统设计A、

2、 主要参数：（1） 输入：24VDC（允许的波动范围1030VDC）；（2） 输出：12VDC；额定功率：120W；负载率：（10-100）%；（3） 其他：调制频率25KHz； L=125H、C=1800FB、 主电路方案：半桥式（MOSFET） 2、设计要求：（1）确立主电路，并用Protel99se/DXP进行规范的绘制；（2）建立系统的对象数学模型，分析负载扰动的影响；（3）选择调节规律，并估算调节器参数；（4）进行MATLAB仿真结果调整调节器参数，使得：初级仿真分析：在负载率分别为：10%、20%、50%、100%时，研究系统对给定值的阶跃响应性能，并希望在负载率为10%时的超调量

3、小于40%。三、数学建模与调节器的参数1、开关电源控制系统结构2、开关电路主回路的理想开关模型3、可以建立状态空间平均模型和状态方程其中，4、传递函数局部线性化得到小信号模型，可以求解出状态变量与电压输入扰动和控制量d（占空比）间的传递函数：为工作点处输入电压值5、PWM比较器输入：控制直流电平u，输出：占空比d锯齿波Us=KT，（K为锯齿波上升段斜率），则 则传递函数为：6、调节器（PID）的传递函数其中， 四、MATLAB仿真分析1、负载率为10%时：R= = =12L*C= * =2.25/107L/R=1.04/105l 则开关电路传递函数：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*

4、s/R+1=l PWM比较器传递函数：故可得出PID参数：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1l 开关电源的PID控制系统仿真电路：l 仿真结果:2、负载率为20%时：R= = =6L*C= * =2.25/107L/R=2.08/105l 则开关电路传递函数：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1=l PWM比较器传递函数：故可得出PID参数：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1l 开关电源的PID控制系统仿真电路：l 仿真结果：3、负载率为50%时：R= = =2.4L*C= * =2.25/107L/R=5.2/105l 则开关电路传递函数：Uc(s)/d(s)=Uic/

5、LCs2+L*s/R+1=l PWM比较器传递函数：故可得出PID参数：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1开关电源的PID控制系统仿真电路：l 仿真结果：3、负载率为100%时：R= = =1.2L*C= * =2.25/107L/R=10.4/105l 则开关电路传递函数：Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1=PWM比较器传递函数：故可得出PID参数：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1开关电源的PID控制系统仿真电路：l 仿真结果：五、硬件电路原理图设计分析与元器件选择1、开关电源原理框图2、开关电源原理框图3、硬件电路原理图设计分析与元器件选择1.半桥逆变与整流模块：

6、 半桥逆变的工作原理为：当两只晶体管都截止时，若两只电容的容量相等且电路对称，则电容中点A的电压为输入电压的一半。当Q1导通时，电容C2将通过Q1、变压器初级绕组N1放电；同时，电容C1则通过输入电源、Ql和T的原边绕组Nl充电。中点的电位在充、放电过程中将按指数规律下降。在Ql导通结束时，中点的电位为1/2E-E，且两只晶体管全都截止。两只电容和两只高压晶体管的集射极间的电压基本上相等，都接近于输入电源电压的一半。相反Q2导通时，C1放电、C2充电，中点的电位将增至1/2E+E，即该点电位在开关过程中将在1/2E的电位上以±E的幅值进行指数变化。由此可见，在半桥式电路中，变压器初级

7、线圈在整个周期中都流过电流，磁心利用得更充分。变压器的变比N1/N2在此处取2:1。2.电压检测及输出接口模块为尽量减少不必要的功耗，在电压反馈端的电阻尽量取大的阻值，这里反馈电压取1V；负载电阻接JP1端。3.电流检测控制模块根据题目要求，变压器二次侧最大电流Imax2=120/12=10A；由于变压器变比为2，设过电流裕量为最大电流的10%，则：Imax1=1.1*(N2/N1)*Imax2=5.5A. 设检测电阻R28阻值为1欧姆，检测端电压Ut=5.5V，同相输入端电压Us，则：Us =Ut*R19*R23/(R20+R23)*R19+R17(R19+R20+R23); 设基准电压1V

8、，则凑合确定参数得：R17=1K; R19=2K;R20=10K;R23=4K.4.PWM调制模块根据SG3525本身提供的高精度基准电压5.1V，在PID调节器反向输入端取基准电压1V。通过SIMULINK仿真，我们采用PI调节，根据仿真效果，取参数Kp=8,Ki=30;根据Kp=R19/R18, Ki=1/R18*C14;可得PI调节模拟器件的值：R19=5.1K R18=750 C14=470nF。PWM调制频率根据：即R20=5.6K C10=0.01uF R6为死去时间设定电阻，一般取0500欧姆，这里取220欧姆。6辅助电源模块1> 12V辅助电源 采用LM2576-12V模块芯片直接转换2> 15V辅助电源 采用LM2576-15V模块芯片直接转换5.半桥驱动模块 六、PCB图丝印层：顶层：底层：七、参考文献【1】杨旭等，开关电源技术，机械