基于推挽变压器的24V直流电源研究

杨书卉 武汉东湖学院 湖北省武汉市 430200 冯文仙 国防科技大学信息通信学院

设计方案分析

1.1 控制芯片的选择

本系统选用的控制芯片为STC12单片机,无论是STC12单片机的价格,还是芯片含有的控制指令、开发环境以及外部电路都非常符合推挽电路开关电源的设计.此外,该芯片可以实现8路10位的AD采集,用于模拟电压的采集更加精准可靠.

1.2 驱动芯片

由于输出电压为24V,所以在选择的驱动芯片的工作电压必须在30V以上,SG3525 芯片工作范围在8-35V,满足设计要求,并且这款芯片具有优良的驱动能力,不仅能够为驱动电路提供较为稳定的基准源,还可以灵活的设置死区时间,这样降低了系统设计的难度系数.

1.3 功率开关管

功率开关管的设计需要先计算最大电流I(max),根据设计要求可知输出电压为24V,开关电源需要的效率n为0.9,输出电流为4A,输入电压为10V-16V之间,可得:

由于推挽变压器存在漏感,还要设计裕量,所以选择的开关管耐压值应该为最大输出电压的3倍左右,额定电流也要是最大电流的2倍以上,所以选用了现价比较高的RU190N08作为本设计的功率开关管.

1.4 整流二极管

整流二极管的设计要综合考虑导通时间、导通电压以及恢复时间,并输出电压在可承受的导通电压范围内,可得:

式中Urd为方向电压,n为变压器的变比系数,输出电压为24V,输入电压为12V,所以n为 2,算的方向电压为32V,综合考虑选用了HER503作为该设计的整流二极管,HER503方向击穿电压为100V,回复时间为50nS,满足设计要求.

1.5 滤波器的设计

滤波器的设计需要计算滤波电容的容值,滤波电容的选择会影响到输出电压的稳定性,滤波电容Po可由公式:

PO=Cf(U2p-U2v)*n≈924uF

故选用35V,1000uF的铝电解电容.

硬件电路设计

2.1 主控制电路设计

主控制电路如图1所示,控制芯片为STC12单片机,仅显示主控制电路的部分原理图.

图1 主控制电路

2.2 功率变换电路

功率变换电路如图2所示,可知推挽电路设计中共有两个RU190N08,这样一个功率开关管处于导通状态,另一个则处于截止状态,负责正负半周期的波形放大,此外整流部分也采用参数一样相互对称的整流二极管,还能起到续流的作用.推挽变压器的输出电压为:UO=2Dmax*Ui*Ns/Np

图2 DC-DC推挽功率变换电路

2.3电压检测电路

本设计的电压检测电路如图3所示,其中R27与R28起到分压的作用,再经滤波电容C38到运放电路中,输出电压再和LM324比较器作比较,将结果输到单片机中,即可起到检测电压的作用.

图3 电压检测电路

软件程序分析

本设计主程序流程图如图4所示,其中包括了液晶显示模块、AD采样模块、报警模块等.

图4 主程序流程图