dc-dc變換器的設(shè)計(jì)方案

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1、一種模塊化高效DC-DC變換器的開發(fā)與研制設(shè)計(jì)方案一、設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)將220VDC升高到600VDC的DC-DC變換器。在電阻負(fù)載下，要求如下：1、輸入電壓U=220VDC，輸出電壓U=600VDC。2、輸出額定電流=2.5A，最大輸出電流Ioma=3A。3、當(dāng)輸入U(xiǎn)i在小范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓調(diào)整率SV≤2%（在=2.5A時(shí)）。4、當(dāng)Io在小范圍你變化時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI≤5%（在=220VDC時(shí)）。5、要求該變換器的在滿載時(shí)的效率η≥90%。6、輸出噪聲紋波電壓峰-峰值Uop≤1V（在=220VDC，=600VDC，=2.5A條件下）。7、要求該

2、變換器具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流I設(shè)定在3A。8、設(shè)計(jì)相關(guān)均流電路，實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊之間的并聯(lián)輸出。二、設(shè)計(jì)方案分析1、DC-DC升壓變換器的整體設(shè)計(jì)方案圖1DC-DC變換器整體電路圖如圖1升壓式DC-DC變換器整體電路所示，該DC/DC電壓變換器由主電路、采樣電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路組成；開關(guān)電源的主電路單元、樣電路單元采、控制電路單元、驅(qū)動(dòng)電路單元組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，是相對(duì)輸出電壓的自動(dòng)調(diào)整?？刂齐娐穯卧許G3525為核心，精確控制驅(qū)動(dòng)電路，改變驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。2、DC-DC升壓變換器主電路的工作原理DC-DC功率變換器的種類很

3、多。按照輸入/輸出電路是否隔離來(lái)分，可分為非隔離型和隔離型兩大類。非隔離型的DC-DC變換器又可分為降壓式、升壓式、極性反轉(zhuǎn)式等幾種；隔離型的DC-DC變換器又可分為單端正激式、單端反激式、雙端半橋、雙端全橋等幾種。下面主要討論非隔離型升壓式DC-DC變換器的工作原理。圖2（a）DC-DC變換器主電路圖2（b）DC-DC變換器主電路圖2（a）是升壓式DC-DC變換器的主電路，它主要由開關(guān)變換電路、高頻變壓電路、整流電路、輸出濾波電路四大部分組成；圖1（b）是用matlab模擬出的升壓式DC-DC變換器的主電路圖。其中開關(guān)變換電路主要由絕緣柵雙極型晶

4、體管IGBT、儲(chǔ)能電容C和RC放電電路組成；高頻變壓器電路由一個(gè)工作頻率為20KHz的升壓變壓器和一個(gè)隔直電容組成；整流電路部分采用橋式整流的設(shè)計(jì)方案，由四個(gè)快速恢復(fù)二極管構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)將逆變產(chǎn)生的紋波電流變換為直流方波電流；輸出濾波電路采用LC濾波電路的設(shè)計(jì)方案。電路的工作原理是：直流電壓V經(jīng)過(guò)Q1～Q4組成的全橋開關(guān)變換電路，在高頻變壓器初級(jí)得到高頻交流方波電壓，經(jīng)變壓器降壓，再全波整流變換成直流方波，最后通過(guò)電感L、電容C組成的濾波器，在R上得到平直的直流電壓。全橋直流變換器由全橋逆變器、高頻變壓器和輸出整流、濾波電路組成，也屬于直流-交流-直流

5、變換器。當(dāng)控制信號(hào)平時(shí)，開關(guān)管Q1/Q4導(dǎo)通，開關(guān)管Q2/Q3截止；當(dāng)控制信號(hào)平時(shí)，開關(guān)管Q1/Q4截止，開關(guān)管Q2/Q3導(dǎo)通一正一負(fù)，相間交替，實(shí)現(xiàn)了將直流電流逆變?yōu)殇忼X紋波的功能。3、DC-DC變換器穩(wěn)壓原理通過(guò)輸出電壓的關(guān)系式可以看出，在輸入電壓或負(fù)載變化，要保證輸出電壓保持穩(wěn)定時(shí)，可以采用兩種方案。第一可以維持開關(guān)管的截止時(shí)間TOFF不變，通過(guò)改變脈沖的頻率f來(lái)維持輸出電壓Uo的穩(wěn)定，這便是脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制方式DC-DC變換器；第二可以保持脈沖的周期T不變，通過(guò)改變開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間TON，即脈沖的占空比q，以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，這

6、就是脈寬調(diào)制（PWM）控制方式DC-DC變換器。由于目前已經(jīng)有各種型號(hào)的集成PWM控制器，所以DC-DC變換器普遍采用PWM控制方式。圖2DC-DC穩(wěn)壓電路的組成　　圖3是DC-DC升壓穩(wěn)壓變換器的原理圖，它主要有采樣電路、控制電路（比較放大、誤差放大）、驅(qū)動(dòng)電路組成。其穩(wěn)壓原理是：假如輸入電壓Ui增大，則通過(guò)采樣電阻將輸出電壓的變化（增大），采樣和基準(zhǔn)電壓相比較通過(guò)比較放大器輸出信號(hào)去控制控制電路輸出脈沖占空比q的變化（減?。?，結(jié)果可使輸出電壓保持穩(wěn)定。反之，當(dāng)輸入電壓，PWM控制器輸出脈沖占空比q也自動(dòng)變化（增大），輸出電壓仍能穩(wěn)定。三、主要單

7、元電路設(shè)計(jì)1、DC-DC變換器主電路設(shè)計(jì)該升壓電路結(jié)構(gòu)選擇圖1所示的電路。該變換電路設(shè)計(jì)主要是確定關(guān)鍵元件：輸出濾波電容C、電感L、開關(guān)管IGBT和二極管D。（1）輸入濾波電容的選擇輸入濾波電容Co是電解電容，主要是濾除低頻波，平滑直流輸出電壓，減小其脈動(dòng)，通常電容C是從控制紋波的角度考慮的，但是直流220V的蓄電池輸入無(wú)法確定其紋波，我們現(xiàn)在假設(shè)其是經(jīng)過(guò)三相交流橋式整流得到的DC220V電壓。圖（3.1）MATLAB仿真圖圖（3.2）MATLAB仿真波形因?yàn)榻?jīng)過(guò)電容濾波之后，電壓會(huì)升高，所以把整流后的有效直流電壓設(shè)置為低于220V。本設(shè)計(jì)從能量的

8、角度估算電容值，在電壓脈動(dòng)的過(guò)程中，電容不斷的充電和放電。濾波的電容的輸出即為后續(xù)電路的電源。在電壓變化過(guò)程中電容吸收的能