60W双管正激电源的数字与模拟控制研究

摘要

开关电源具有体积小、效率高等突出优点，目前已广泛应用在生活生产相关的各种电子电气设备中。实际中隔离式小功率电源的拓扑主要采用反激式拓扑和单管正激拓扑，双管正激由单管正激发展而来，虽然目前应用较少，但是因其具有磁复位简单、开关管耐压低等优点，同样有较为广阔的应用前景。电源的控制策略也分为模拟控制和数字控制两个大类，目前模拟控制应用较多，而数字化是控制策略的发展方向之一。本文的设计采用双管正激拓扑结构，对两种控制方案都进行了较为详细的论述。本设计主要分为以下四个部分：
　　1、主电路的设计：首先设计主电路结构，明确各部分的功能和使用的电路元件，然后依据指标对每个部分进行设计。依据计算公式或经验完成对部分元器件的选择，包括热敏电阻、输入输出电容和功率半导体器件的选择等。然后设计高频变压器和滤波电感，主要是磁芯和绕组的设计，对设计过程做了详细记录，并对本设计采用的EMI滤波器结构做简要分析。
　　2、数字环路的设计：控制IC采用DSP2812芯片，采用运放芯片LM358设计采样调理电路和输出过压过流保护电路，用芯片 IR2110和外围电路实现DSP对开关管的驱动，并对ADC采样结果进行精度校正。软件部分对数字PID原理做简要分析，完成PWM波占空比的计算与输出。
　　3、模拟环路的设计：模拟控制芯片采用UC3844，对辅助电源和芯片的启动电路进行设计，对芯片外围部分进行配置，实现了TL431和光耦的直流工作点电路。为使环路能够稳定工作的同时使系统具有良好的动态特性，需要对环路小信号模型进行分析计算，然后设计TL431和误差放大器的补偿网络。
　　4、实验结果与分析：采用模拟控制的方案制作样机，调试成功并测量实验数据。验证了基本功能的实现，其中包括：12V恒压输出，输出达到最大功率60W时系统工作正常，热稳定性良好等。并对EMC电磁兼容性做了测试。接着对电源的电压调整特性和负载调整特性进行测试，共记录了3组实验数据，通过对实验数据的分析确定稳态精度误差达到设计指标的要求。然后对主要波形进行测试分析，波形与理论分析一致。同时从波形中也观察到环路出现了较小振荡。

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第1章 绪论

1.1开关电源的发展和现状

1.2控制理论与集成控制器

1.3数字控制的意义

1.4正激式拓扑的选择

1.5本课题主要研究内容

第2章 主电路设计

2.1主电路结构

2.2部分元件的选择

2.3磁性元件设计

2.4 EMI/EMC 滤波器设计

2.5本章小结

第3章 基于DSP的控制环路设计

3.1硬件设计

3.2软件设计

3.3本章小结

第4章 模拟控制环路设计

4.1启动电路与辅助电源设计

4.2 UC3844简介与外围电路设计

4.3反馈环路设计

4.4本章小结

第5章 实验结果与分析

5.1样机与调试

5.2 EMC电磁兼容性测试及分析

5.3输出稳态测试

5.4各节点波形的测试与分析

5.5本章小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献

附录：

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目