1直流电源设计。
1.1直流电源原理。
小功率直流电源由电源变压器、整流电路、滤波电路三个部分组成，其原理框图如图2-1所示。
图1-1 直流电源原理框图。
电源变压器的作用是将来自电网的220v交流电压u2经过整流电路变换后变。
成我们需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：w=p2/p1，其中：
p2是变压。器副边的功率，p1是变压器原边的功率。当算出了副边功率p2后，就可以根据表1-1算出原边功率p1。
表1-1 变压器副边功率与效率对照表。
在直流电源中一般用四个整流二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压ui。ui与交流电压u2的有效值的关系为：u1=(1.
1~1.2)u2；在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：urm=u2；流过每只二极管的平均电流为：
1.2 参数计算。
确定整流二极管的正向平均电流id、整流二极管的最大反向电压和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。依据上述设计步骤，对本次课程的直流电源进行设计，输出电压为。
最大输出电流假设为1a,则由可知。
变压器副边电流：
因此，变压器副边输出功率：
由于变压器的效率，变压器原边输入功率所以选用功率为300w的变压器。
再选用整流二极管和滤波电容，由于：，in4004 的反向击穿电压，额定工作电流，故整流二极管选用in4004。由于电路对纹波无要求，而电容的耐压要大于，故滤波电容c取容量为470μf，耐压为300v的电解电容。
2主电路直流降压斩波电路设计。
2.1主电路图及其波形。
如图2-1是基本的减压斩波电路图。
图2-1 斩波电路基本原理图。
图2-2 降压斩波电路的工作波形。
2.2主电路工作原理。
在t=t1时刻，从控制电路控制igbt关断，此时负载电流经二极管d续流，负载电压近似为零，从图中的波形可以看到负载电流指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，故串联l值较大的电感。
t=t2的时刻到一个周期t结束，控制电路控制再驱动igbt导通，重复上一周期的过程。当电力工作于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等，负载电压的平均值为。
ton表示igbt处于通态的时间；toff表示处于断关断的时间；t为开关周期；α为导通占空比。
从表达式中可以得出通过调节占空比α使输出到负载的电压平均值uo最大为e，若减小占空比α，则随之减小。此电路采用sg3525来控制pwm方式控制igbt的通断。从而达到所需要的目的。
2.3参数关系。
ton （1-5）
电流连续时，由于在一个开关周期内电感电压的平均值为0，由导通时刻的电流变化和关断时刻电流变化相等，即由上面两个公式得出，负载电压平均值。
ton——v通的时间 toff——v断的时间 a--导通占空比uo最大为e ，减小占空比a，uo随之减小。因此称为降压斩波电路。
负载电流平均值。
电流断续时，uo被抬高，一般不希望出现
2.4 主电路参数分析。
主电路中需要确定参数的元器件有igbt、二极管、直流电源、电感、电阻值的确定，其参数确定如下：
1)电源要求输入电压为100v。其直流稳压电源模块前面已完成，以该直流稳压电源作为系统电源。
2)电阻因为当输出电压为100时，假设输出电流为0.1-1a。所以由欧姆定律可得负载电阻值，可得到电路电阻应该在。
3)igbt 由图中可以得出当igbt截止时，回路通过二极管续流，此时igbt两端承受最大正压为200v；而当=1时，igbt有最大电流，其值为1a。故需选择集电极最大连续电流ic>1a，反向击穿电压bvceo>200v igbt。而一般的igbt都满足要求。
4)二极管当=1时，其承受最大反压200v；而当趋近于1时，其承受最大电流趋近于1a，故需选择un>=200v，in>=1a的二极管。
5)电感选择大电感l(为700ml)。
3控制电路的设计。
3.1控制电路框图。
控制电路主要对主电路的igbt进行控制导通和关断。通过控制电路的输出pwm输出波形，然后给驱动电路。对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机等等。
本次主要采用sg3525来控制输出pwm输出波形。
图3-1 控制电路框图。
对于pwm发生芯片即 sg3525芯片，它是一款专用的pwm控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的pwm信号。脚6、脚7 内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成sg3525 的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。
脚1 及脚2 分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器。根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络，另外当10脚的电压为高电平时，11和14脚的电压变为10输出。
3.2控制电路工作原理。
由于sg3525的振荡频率可表示为 ：
式中：ct,rt分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻；rd是与脚7相连的放电端电阻值。根据任务要求需要频率为50khz，所以由上式可取ct =1μf, r=,rd=。
可得f=50khz，满足要求。控制电路电路原理图如图3-2。
图3-2 控制电路部分电路图。
sg3525内置了5.1v精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。
sg3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在ct引脚和discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于sg3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。
sg3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5 的软启动电容。通电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的pwm比较器反向输入端处于低电平，pwm比较器输出高电平。此时，pwm锁存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。
只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，sg3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致pwm比较器输出为正的时间变长，pwm锁存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。
反之亦然。外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，pwm锁存器将立即动作，禁止sg3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。
如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响sg3525的正常工作。
4.驱动电路原理与设计。
针对驱动电路的隔离方式采用光电耦合式驱动电路，exb841内部带有光电耦合器。该电路双侧都有源。其提供的脉冲宽度不受限制，较易检测igbt的电压和电流的状态，对外送出过流信号。
另外它使用比较方便，稳定性比较好。但是它需要较多的工作电源，其对脉冲信号有1μs的时间滞后，不适应于某些要求比较高的场合。
下面简单介绍一下exb841的工作原理。
如图5.1所示，其工作电源为独立电源20±1v，内部含有-5v稳压电路，为icbt的栅极提供+15v的驱动电压，关断时提供-5v的偏置电压，使其可靠关断。当脚15和脚14有10ma电流通过时，脚3输出高电平而使igbt导通；而当脚15和脚14无电流通过时，脚3输出低电平使icbt关断；若icbt导通时，若承受短路电流，则其电压随电流的增大迅速上升，脚6悬空，脚3电位开始下降，从而逐渐关断icbt。
利用exb841驱动芯片设计其驱动电路原理图如图5.2所示，两个47uf电容用于吸收噪音，在脚3输出脉冲的同时，通过快速二极管vd1检测igbt的ce间的电压。当vce>7v时，过流保护电流控制运算放大器，使其输出软关断信号，将脚3输出电平降为o。
因exb841无过流自锁功能，所以外加过流保护电路，一旦产生过流，可通过外接光耦tlp521将过流保护信号输出至控制电路，经过一定延时，以防止误动作和保证进行软关断，然后由触发器锁定，实现保护。
驱动电路如图3-3
图3-3 驱动电路及其保护电路。
5.保护电路的原理与设计。
当电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。当器件击穿或短路、触发电路或控制电路发生故障、出现过载、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败，以及交流电源电压过高或过低、缺相等，均可引起过流。由于电力电子器件的电流过载能力相对较差，必须对变换器进行适当的过流保护。
sg3525有过流保护的功能，可以通过改变10脚电压的高低来控制脉冲波的输出。因此可以将驱动电路输出的过流保护电流信号经一电阻作用，转换成电压信号来进行过流保护，如图4.2所示。
当驱动电路检测到过流时发出电流信号，由于电阻的作用将10脚的电位抬高，从而脚输出低电平，而当其没有过流时，10脚一直处于低电平，从而正常的输出pwm波。
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