高频开关电源的设计与制作(论文)

高频开关电源的设计与制作(论文)

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参考!高频开关电源的设计与制作洛阳理工学院电气工程与自动化系黄贝利指导老师杨文方2011摘要：开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。我们设计了以MOSFET作为功率开关器件采用脉宽调制(PWM)技术，输

出实时采样电压反馈信号，来控制输出电压变化的。本文具体介绍了其系统构成，工作原理，基本控制器结构、功能和特点。关键词：高频开关电源变换器SG3525 过流保护0. 前言随着电力电子技术的高速发展，开关电源不断向高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化方向发展。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。现在迫切需要物美价廉，能满足多种不同工况要求的多规格、多品种、系列化的高质量、高性能的高频高压开关电源。虽国内已有少数厂家生产高频高压开关电源，但价格昂贵。因此设计开发价格低廉的高频高压开关电压是大势所趋，具有良好的市场。[1] [2]1. 系统设计原理及其框图开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过

周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。其中DC／DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路检测输出电压变化，与基准电压研比较，误差电压经过放大及脉宽调制(PWM)电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。开关电源结构框图如图1所示：图1 开关电源结构框图2. 高频开关电源的电路设计2.1 电源输入滤波及桥式整流电源输

入滤波又称电磁干扰(EMI)，主要用于抑制电气噪声和消除电磁干扰。经滤波后送入桥式整流电路，将其整流得到所需的300V高压直流电，然后再送入功率变换器。图2 输入滤波电路图3桥式整流电路

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2.2 软启动电路

软启动电路是防止在开机瞬间产生浪涌电

流对电路个器件造成损坏而设置的。图4为采用

继电器K1和限流电阻R2构成。通过限流电阻R

2来对电容器充电，为了不使该限流电阻消耗过

多的功率而影响开关电源的正常工作，便在开机

暂态过程结束后，用一个继电器K1自动短接它，

使直流电源直接对开关稳压器供电，这种电路称

之谓直流开关电源的“软启动”电路。

图4 软启动电路

2.3 功率变换器电路、桥式斩波电路及驱动电路

功率变换器是将桥式整流后的直流电压变换

成可变的直流电压，然后送入全桥斩波电路。经驱

动电路的控制调节全桥斩波电路的开关管的通断，

调节脉冲宽度，即控制元件的占空比，从而达到调

整输出电压大小的目的。

功率变换器电路中，功率MOS管Q2、Q3的

栅极由SG3525驱动，当开关管Q2、Q3导通时，二图5 功率变换器电路极管D4、D5截止，输人的整流电压经Q2、Q3

和L2向ClO充电，这一电流使电感L2中的储

能增加。当开关管截止时，电感L2感应出左负右

正的电压，经负载和续流二极管D4、D5释放电感

L2中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输

出直流电压的高低由加在开关管基极上的脉冲宽

度确定。

本文中采用带光电耦合器的栅极隔离驱动电

路，具有体积小、重量轻、价格低廉、驱动功率小

的优点，缺点是不能传输功率，需要辅助电源电路。

图6 全桥斩波驱动电路

3. PWM控制器SG3525

PWM集成控制器通常分为电压型控制器和电流型控制器两种。电压型控制器只有电压反馈控制，可满足稳定输出电压的要求，电流型控制器增加了电流反馈控制，除了稳定输出电压外，还有以下优点：当流过开关管的电流达到给定值时，开关管自动关断；自动消除工频输入电压经整流后的纹波电压，在开关电源输出端，300Hz以下的纹波电压很低，因此可减小输出滤波电容的容量；多台开关电源并联工作时，PWM开关控制器具有内在的均流能力；具有更快的负载动态响应。

3.1 SG3525的引脚图和内部框图：

引脚1为误差放大器反向输入端。

引脚2为误差放大器同向输入端。

引脚

3为振荡器外接同步信号输入端。

[3]《高频开关电源的设计与制作》论文版本,是提取了重点来简单论述的。这也是在毕业设计最后学校要求进行缩减后拿去参评校级优秀毕业设计的,当然这是获奖的啦!欢迎下载参考!引脚4为振荡器输出端。引脚5为振荡器定时电容接入端。引脚6为振荡器定时电阻接入端。引脚7为振荡器放电端。引脚8为软启动电容接入端。引脚9为PWM比较器补偿信号输入端。引脚10为外部关断信号输入端。引脚11为输出端A。引脚12为信号地。引脚13为输出级偏置电压接入端。引脚14为输出端B。引脚15为偏置电源接入端，接SG3525的工作电源+15V。引脚16为基准电源输出端。图7 SG3525引脚图3.2 SG3525的工作原理SG3525的软启动接入端(引脚8)上通常接软启动电容。上电过程中，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琐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