脉宽调制高频开关稳压电源设计

脉宽调制高频开关稳压电源设计

湖南工程学院

课程设计

课程名称电力电子技术

课题名称SG3525脉宽调制高频开关稳压电源设计

专业

班级

学号

姓名

指导教师赵葵银

2014年12月22 日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称：电力电子技术

题目：SG3525脉宽调制高频开关稳压电源设计

专业班级：

学生姓名：学号：

指导老师：赵葵银

审批：

任务书下达日期2014 年12 月22 日设计完成日期2014 年12 月29 日

目录

第1章概述 (1)

第2章系统总体方案确定 (2)

第3章主电路设计 (3)

3.1 主电路结构设计 (3)

3.2 主电路元器件的计算及选型 (4)

3.3 主电路保护设计 (7)

第4章单元电路设计与分析 (8)

4.1 控制电路芯片介绍 (8)

4.2 控制功能单元电路设计 (9)

4.3 驱动电路的设计 (11)

第5章总结 (12)

附录

评分表

第1章概述

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。开关电源技术运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，可以满足各种用电要求。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域,在现代的各种电力设备中都得到里广泛的应用。特别是在小型及各种家用电器和电子设备中大量使用了各种AC—DC转化电路，其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻等突出优点而得到最为广泛的应用。本课题是设计一种基于SG3525 PWM控制芯片为核心构成的高频开关电源电路。

SG3525芯片能同时满足较好的电气性能和较低的成本,因而被广泛用于小功率开关电源。用其作为PWM控制芯片组成的电路具有结构简单、体积小、容易实现的特点。实验表明由该PWM控制芯片控制的开关电源的性能可同集成稳压器媲美,效率比线性稳压电源高,有很好的发展前景。

电子电源微处理器监控，电源系统内部通信，电源系统智能化技术以及电力电子系统的集成化与封装技术。总之，开发高功率密度，高效率，高性能，高可靠性以及智能化电源系统仍然是今后开关电源技术的发展方向。

第2章系统总体方案确定

本课题的任务是基于SG3525PWM控制芯片为核心构成开关稳压电源。整流滤波环节是把从公网上输入的交流电初步转换成直流电，该直流电的电压U 与公网电压相同，并不符合设计要求。还要再经过逆变和高频整流滤波环节才能用于设备。

交流电的频率与逆变电路中开关管Q 的导通频率相同，开关管的导通是由SG3525 PWM控制芯片决定的。逆变后的高频交流经过由变压器副边线圈、续流二极管和电容组成的LCD电路就可得到所需的直流电。其输出电压的大小由变压器原副边匝比n、占空比d 和输入电压U 来决定。在转化过程中公网中的交流电压不是一成不变的，为了得到稳定的直流电，只能对占空比d进行不断的调整。故加入电压检测电路，并把检测结果送入脉宽调制中构成负反馈。

即主电路采用先整流滤波、后经高频逆变得到高频交流电压，然后由高频变压器降压、在整流滤波的方法，该电源在开环时，它的负载特性较差，只有加入反馈，构成闭环控制后，当外加电源电压或负载变化时，均能自动控制PWM 输出信号的占空比，以维持电源的输出直流电压在一定的范围内保持不变，达到了稳压的效果。其总设计框图如图2-1所示。

图2-1 总设计框图

第3章主电路设计

3.1主电路结构设计

半桥式开关电源主电路如图3-1 所示。图中开关管Q1、Q2 选用MOSFET, 因为它是电压驱动全控型器件,具有驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快及安全工作区大等优点。半桥式逆变电路一个桥臂由开关管Q1、Q2 组成, 另一个桥臂由电容C6、C7 组成。高频变压器初级一端接在C6、C7 的中点, 另一端接在Q1、Q2 的公共连接端, Q1、Q2 中点的电压等于整流后直流电压的一半,开关Q1、Q2 交替导通就在变压器的次级形成幅值为V i/2的交流方波电压。通过调节开关管的占空比, 就能改变变压器二次侧整流输出平均电压V o。Q1、Q2断态时承受的峰电压均为V i，由于电容的隔直作用，半桥型电路对由于两个开关管导通时间不对称而造成的变压器一次电压的直流分量具有自动平衡作用，因此该电路不容易发生变压器偏磁和直流磁饱和的问题，无须另加隔直电容变压器原边并联的R2、C5组成RC吸收电路，用来吸收高频尖峰。在半桥电路中，占空比定义为：D=2ton/Ts

逆变电路采用的电力电子器件为美国IR公司生产的全控型电力MOSFET管，其型号为IRFP450,主要参数为：额定电流16A,额定耐压500V，通态电阻0.4Ω。两只MOSFET管与两只电容C1、C2组成一个逆变桥，在两路PWM信号的控制下实现了逆变，将直流电压变换为脉宽可调的交流电压，并在桥臂两端输出开关频率约为26KHz、占空比可调的矩形脉冲电压。然后通过降压、整流、滤波后获得可调的直流电源电压输出。该电源在开环时，它的负载特性较差，只有加入反馈，构成闭环控制后，当外加电源电压或负载变化时，均能自动控制PWM输出信号的占空比，以维持电源的输出直流电压在一定的范围内保持不变，达到了稳压的效果。

图3-1开关电源主电路

3.2主电路元器件的计算及选型

3.2.1 变压器的选择

1）原副边电压比n

电压比计算的原则是电路在最大占空比和最低输入电压的条件下，输出电压能达到要求的上限，公式如下：n≤ViminDmax/(Vomax＋V) △式中V △为电路中的压降，一般取2V，取Vimin＝130V，代入上式得n＝0.42 。

2）磁芯的选取及变压器的结构

目前变压器较为简洁常用的设计方法是Ap法。可根据下面公式选取合适的磁芯：AP=AeAW≥Pt/（2f Bk △cj）式中，Ae为磁芯截面积；Aw为磁芯的窗口截面积；Pt为变压器传输的总功率；f为开关频率；△B 为磁芯材料所允许的最大磁通摆幅；kc 为绕组的窗口填充系数j 为