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青岛大学本科生毕业论文（设计）
（1）滤波电感的设计
设计滤波电感应根据输出电压、输出电流和开关频率。对半桥、半桥、推挽电路
L＝UOmax/4kTfsΔI (3-5)
式中L为滤波电感的值；UOmax为输出电压最大值；fs为开关频率；ΔI为允许的电感电流最大纹波峰峰值。
本次设计中，允许的电感电流最大纹波峰峰值ΔI取最大输出电流的20%，即4A，把数据代入，得
L1=L2=0.01mH L3=L4=0.04mH
(2)滤波电容的确定
可以按如下公式计算滤波电容的阻抗：
xc≤22ΔU/ΔI (3-6)
由于已知电感电流最大纹波值，可以假设电感电流最大纹波有效值为ΔI/22=0.7A，而输出电压最大纹波值取为输出电压下限值的0.5%，即
ΔU1=5×0.5%=0.025V ΔU2=12×0.5%=0.06V
可以按照式(3-6)计算出滤波电容的阻抗为
xc1，2≤0.1Ω xc3，4≤0.25Ω
3.2.3 开关器件及二极管的设计
1.变压器二次侧整流二极管的设计：
二极管承受的反向电压最大值为整流电压最大值除以变压器的变比，分别取19V和36V，考虑到二极管关断时会有过电压，并考虑到输入电压的浪涌等因素，因此选却取二极管的耐压不低于60V。
流过二极管的峰值电流为
IDmax =Iomax+1/2ΔI (3-7)
本次设计中IDmax=21A 流过二极管的最大平均电流为
IDmax= 1/2Iomax (3-8)
本次IDmax=10A
所选取的二极管允许的峰值电流应大于(3-7)IDmax=21A 平均电流应大于(3-8)IDmax=10A
根据二极管的平均电流可以估算其通态损耗为
PDon= IDmaxUD
式中，UD取二极管在流过峰值电流时的通态压降。 本次设计UD取2V，则PDon= 20w
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在每个二极管单独安装在一个散热器的条件下，根据二极管的损耗功率和器件的结温上限以及环境温度的上限，可以计算出允许的散热热阻上限为：
RthJ-C+Rthc-A≦(TJM-TAM)/PSon+PDS (3-9)
式中RthJ-C为二极管的结壳热阻；Rthc-A为散热器的热阻；TJM为二极管允许的最高结温；TAM为技术要求中环境温度的上限。
本次设计中，RthJ-C+Rthc-A≦2.6K/W
二极管的结壳热阻加散热器热阻不能超过2.6K/W，这是选取二极管及其散热器的依据。
根据快速恢复二极管生产厂家提供的手册，一种型号为DSEI30-06A的二极管，其反向耐压为600V，正向电流37A，结-壳热阻为1K/W，管壳与散热器的接触热阻典型值为0.25K/W，散热器台面到环境的热阻应小于1.35K/W。 2.开关器件的设计：
本次设计开关器件选取电力MOSFET，其耐压为输入电压整流后的峰值约为500V，考虑到关断时的过电压以及输入电压的浪涌，开关器件的耐压取800V以上。
流过开关器件的峰值电流为
ISmax1=(IOmax+1/2ΔI)/kT1 (3-10)
=1.7A ISmax2=2.3A 流过开关器件的最大平均电流为
ISmax1＝1/2Dmax/ kT
=0.7A
ISmax2＝1.5A
根据开关器件的平均电流可以估算其开关损耗为
PSon=ISmaxUs (3-11)
式中，US为开关器件在流过峰值电流时的通态压降。对于MOSFET等单极型器件，应按通态电阻和流过其沟道的电流有效值计算通态损耗。考虑到计算简单，可以用开关电流峰值为1/2来估算，即开关器件的电流有效值为0.7/2=0.5A和1.5/2=1A，则开关器件的通态损耗为
PSon=I2SmaxRDson=1W和1.5W
式中，ISmax为开关器件电流有效值，即1.2A和1.6A，RDson为开关器件通态电阻，根据手册选取0.6欧姆。
开关器件的开关损耗可以按通态损耗的1到1.5倍估算，得
PSS=1.5W和2W
在每个二极管单独安装在1个散热器的条件下，根据开关器件的损耗功率和器件的结温上限以及环境温度的上限可以计算出允许的散热热阻的上限为
RthJ-C+Rthc-A≦(TJM-TAM)/PSon+PSS (3-12)
=2.2K/W
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在电力MOSFET生产厂家提供的手册中，查到型号为IXFH15N80的器件，其耐压为800V，电流为15A，通态电阻0.6，结-壳热阻RthJ-C为0.7K/W，其管壳与散热器的接触热阻典型值为0.5K/W，这样每个MOSFET所需散热器的热阻应该小于1.25K/W。
DC+5V C1 Vs1 T1 VD2 AC 220V T2 C2 Vs2 DC-5V DC+12 DC-12V 图3.1 主电路电路图
3.3 控制电路的设计
控制电路是开关电源的神经中枢，开关电源的各种功能的实现决定于控制电路。相同结构的电源主电路，通过不同功能的控制电路，可以实现不同的功能。就本次研制开发的大功率高频开关电源来说，主电路为传统的全桥式结构，控制方式为采用PWM 控制，控制电路具有软启动，过压/欠压、过流、过热保护电路。下面对我们所设计的控制电路予以介绍。
3.3.1 总体控制方案
电源控制方案的确定要从两方面去考虑：一是负载和外部环境；二是电源的主电路的特性。电源设计过程中应对这两方面的因素进行详细的分析，使控制方案尽可能的满足它们的要求。
3.3.2 PWM控制器的设计
PWM控制电路的作用是将在一定范围内连续变化的控制量模拟信号转换为PWM信号，该信号的开关频率固定，占空比跟随输入信号连续变化。常用的集成PWM控制器有SG3525、TL494和UC3825、UC3842/4/5/6、UC3875/6/7/8/9等。在这里我们选用SG3525。 SG3525的基本特性
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SG3525主要技术参数如下表所示：
项目 最大电源电压/V 驱动输出峰值电流/mA 最高工作频率/kHz 基准源电压/V 基准源温度稳定性/（mV/C） 误差放大器开环增益/Db 误差放大器单位增益带宽/MHz 误差放大器输入失调电压/mV 封锁阀值电压/V 启动电压/V 待机 指标 40 500 500 5.1 0.3 75 2 2 0.4 0.8 表3.1 SG3525主要技术参数
图3.2（a） SG3525的引脚
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