電力電子課程設(shè)計(jì)_sg3525脈寬調(diào)制高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源

1、第第 1 章章 概概 述述.- 3 -第第 2 章章 系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)總體方案.- 5 -2.1 高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理 .- 5 -2.2 高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源總方案 .- 5 -2.3 高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的組成電路及功能 .- 6 -2.3.1 主電路.- 6 -2.3.2 控制電路.- 7 -2.3.3 保護(hù)電路.- 8 -2.3.4 驅(qū)動(dòng)電路.- 8 -第第 3 章章主電路設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì).- 9 -3.1 主電路形式選擇.- 9 -3.2 高頻變壓器的參數(shù).- 9 -3.2.1 原副邊電壓比n .- 9 -3.2.2磁芯的選取及變壓器的結(jié)構(gòu).- 9 -3.2.3 變壓器初、次級(jí)匝數(shù).-

2、10 -3.2.4 確定繞組的導(dǎo)線線徑和導(dǎo)線股數(shù).- 10 -3.3 開(kāi)關(guān)管的選擇.- 11 -第第 4 4 章章控制電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì).- 12 -4.1 主電路 .- 12 -4.2 控制電路的設(shè)計(jì).- 12 -4.2.1SG3525結(jié)構(gòu)和功能介紹.- 12 -4.2.2 控制電路的設(shè)計(jì).-13-4.3 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì).- 14 -第第 5 5 章章 系統(tǒng)性能測(cè)試與結(jié)果系統(tǒng)性能測(cè)試與結(jié)果.- 16 -5.1 負(fù)載調(diào)整率測(cè)試.- 16 -5.2 電壓調(diào)整率測(cè)試.- 16 -5.3 效率測(cè)試 .- 17 -5.4 輸出紋波電壓及噪音測(cè)試 .- 17 -第第 6 章章 心得體會(huì)心得體會(huì).- 1

3、8 -附錄：附錄： 總電路圖總電路圖.- 19 -參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).- 20 -電氣與信息工程系課程設(shè)計(jì)評(píng)分表電氣與信息工程系課程設(shè)計(jì)評(píng)分表.- 21 -第第 1 章章 概概 述述電源裝置是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域,沒(méi)有它的存在，現(xiàn)代的各種電力設(shè)備和給我們生活帶來(lái)方便的各種電器將不可能實(shí)現(xiàn)。有相當(dāng)一部分設(shè)備和電器是使用直流電的，而接入家庭的是都是交流電，這就需要電源轉(zhuǎn)換成所需的直流電。各種 AC-DC 電源中高頻開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小、重量輕等突出優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。 高頻穩(wěn)壓電源要求高功率密度，外型尺寸小，高效率，高可靠性，高功率因數(shù)，以及智能化，低成本，EMI 小

4、，可制造性，分布電源結(jié)構(gòu)等。現(xiàn)在功率 MOSFET 和 IGBT 己完全取代功率晶體管和中小電流的晶閘管，使開(kāi)關(guān)電源的高頻化有了可能:器件的工作頻率可達(dá) 400KHz(AC-DC開(kāi)關(guān)變換器)和 1MHz(DC-DC 開(kāi)關(guān)變換器)，超快恢復(fù)功率二極管和MOSFET 同步整流技術(shù)的開(kāi)發(fā)，也為研制高效，低電壓輸出(U3V)的開(kāi)關(guān)電源創(chuàng)造了條件。電源按硬開(kāi)關(guān)模式工作時(shí)開(kāi)關(guān)損耗大，高頻化可以縮小電源的體積重量，但開(kāi)關(guān)的損耗更大了.為此研究開(kāi)發(fā)出開(kāi)關(guān)電壓/電流波形不交疊的技術(shù)，即零電壓(ZVS) /零電(ZCS)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，有效的提高了開(kāi)關(guān)電源的效率例如在九十年代中期 30A/48V 開(kāi)關(guān)整流器模塊采用移

5、相全橋 ZVS-PWM 技術(shù)后，僅重 7kg。比用 PWM 技術(shù)的同類產(chǎn)品，重量下降 40%.最近國(guó)外小功率 AC-DC 開(kāi)關(guān)電源模塊(48/12V)總效率可達(dá)到%;48/5VAC-DC 開(kāi)關(guān)電源模塊的效率可達(dá)到 92-93%，二十世紀(jì)末，國(guó)產(chǎn)的 50-100A 輸出，全橋移相 ZV-ZCS-PWM 開(kāi)關(guān)電源模塊的效率超過(guò)93%.電流型控制及多環(huán)控制已得到較普遍應(yīng)用，電荷控制，一周期控制，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)控制等技術(shù)的開(kāi)發(fā)及相應(yīng)專用集成控制芯片的研制，使電子電源動(dòng)態(tài)性能有很大提高，電路也有大幅度簡(jiǎn)化。電源裝置是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域,在現(xiàn)代的各種電力設(shè)備中都得到里廣泛的應(yīng)用。特別

6、是在小型及各種家用電器和電子設(shè)備中大量使用了各種 ACDC 轉(zhuǎn)化電路，其中高頻開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小、重量輕等突出優(yōu)點(diǎn)而得到最為廣泛的應(yīng)用。本課題是設(shè)計(jì)一種基于 SG3525 PWM 控制芯片為核心構(gòu)成的高頻開(kāi)關(guān)電源電路。SG3525 芯片能同時(shí)滿足較好的電氣性能和較低的成本,因而被廣泛用于小功率開(kāi)關(guān)電源。用其作為 PWM 控制芯片組成的電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明由該 PWM 控制芯片控制的開(kāi)關(guān)電源的性能可同集成穩(wěn)壓器媲美,效率比線性穩(wěn)壓電源高,有很好的發(fā)展前景。電子電源微處理器監(jiān)控，電源系統(tǒng)內(nèi)部通信，電源系統(tǒng)智能化技術(shù)以及電力電子系統(tǒng)的集成化與封裝技

7、術(shù)?？傊?，開(kāi)發(fā)高功率密度，高效率，高性能，高可靠性以及智能化電源系統(tǒng)仍然是今后開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展方向.第第 2 章章 系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)總體方案2.1 高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理 高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源是需要直流電設(shè)備中常用的 AC-DC 轉(zhuǎn)換電源，它的作用是把公網(wǎng)上的 220v 交流電轉(zhuǎn)換成適用的直流電。公網(wǎng)上的工頻交流電先整流濾波為固定直流，通過(guò)功率變換（高頻逆變）得到2050KHz 的高頻交流，然后再經(jīng)高頻整流與濾波，就得到所需的直流電。工頻整流濾波由橋式電路實(shí)現(xiàn)，功率變換由 PWM 控制芯片按周期控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)，高頻整流與濾波由副邊感應(yīng)線圈、二極管和電容組成的

8、LCD 電路實(shí)現(xiàn)。公網(wǎng)上的工頻交流電可通過(guò)橋式電路整流濾波后初步轉(zhuǎn)換成固定直流即圖中的直流電源U 。由PWM控制芯片控制開(kāi)關(guān)管Q 的導(dǎo)通與否。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q 導(dǎo)通時(shí),忽略其飽和壓降,電源電壓U 加在主變?cè)?，副邊感?yīng)電壓于二極管D 極性相反使二極管D 反偏截止,副邊電路中無(wú)電流,直流電源U 供給的能量臨時(shí)儲(chǔ)存于主變?cè)呺姼兄?。?dāng)開(kāi)關(guān)管Q 截止時(shí),電感產(chǎn)生反壓,為上負(fù)下正，同時(shí)在副邊感應(yīng)出電壓,為上正下負(fù)與二極管D 極性相同使二極管D 導(dǎo)通,電容C 充電,同時(shí)給負(fù)載R 供電,主變?cè)厓?chǔ)能轉(zhuǎn)移到副邊從而得到釋放。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q 重新導(dǎo)通時(shí),電容C 給負(fù)載R 供電,同時(shí)主變?cè)呏匦聝?chǔ)能,如此反復(fù)電阻R 上就

9、得到直流電。輸出電壓的大小由原副邊匝比n、占空比d 和輸入電壓U 來(lái)決定。2.2 高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源總方案高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源總方案本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、可靠、成本低廉的高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,根據(jù)對(duì)本課題任務(wù)書(shū)的認(rèn)真分析并參考各種資料最終選用以低成本的 SG3525 PWM 控制芯片為核心構(gòu)成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。圖 2.2 為高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本框圖。 圖圖 2.22.2 高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本框圖高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本框圖。在基本框圖中的第一個(gè)整流濾波環(huán)節(jié)是把從公網(wǎng)上輸入的交流電初步轉(zhuǎn)換成直流電，該直流電的電壓 U 與公網(wǎng)電壓相同，并不符合設(shè)計(jì)要求。還要再經(jīng)過(guò)逆變和高頻整流濾波環(huán)節(jié)才能用于設(shè)備。逆變

10、環(huán)節(jié)的作用是把經(jīng)工頻整流濾波環(huán)節(jié)產(chǎn)生的直流電 U 重新變?yōu)橹付l率的交流電。逆變所得的交流電的電壓與逆變前的直流電壓 U 相同。交流電的頻率與逆變電路中開(kāi)關(guān)管 Q 的導(dǎo)通頻率相同，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通是由 SG3525 PWM 控制芯片決定的。逆變后的高頻交流經(jīng)過(guò)由變壓器副邊線圈、續(xù)流二極管和電容組成的 LCD 電路就可得到所需的直流電。其輸出電壓的大小由變壓器原副邊匝比 n、占空比 d 和輸入電壓 U 來(lái)決定。在轉(zhuǎn)化過(guò)程中公網(wǎng)中的交流電壓不是一成不變的，為了得到穩(wěn)定的直流電，只能對(duì)占空比 d 進(jìn)行不斷的調(diào)整。故加入電壓檢測(cè)電路，并把檢測(cè)結(jié)果送入脈寬調(diào)制中構(gòu)成負(fù)反饋。2.3 高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的組成電路

11、及功能高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的組成電路及功能2.3.1 主電路主電路 半橋式開(kāi)關(guān)電源主電路如圖 3 所示。圖中開(kāi)關(guān)管 Q1、Q2 選用MOSFET, 因?yàn)樗请妷候?qū)動(dòng)全控型器件,具有驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功整流高頻整流驅(qū)動(dòng)電壓反饋直流工作電源PWN控制逆變率小、開(kāi)關(guān)速度快及安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)。半橋式逆變電路一個(gè)橋臂由開(kāi)關(guān)管 Q1、Q2 組成, 另一個(gè)橋臂由電容 C6、C7 組成。高頻變壓器初級(jí)一端接在 C6、C7 的中點(diǎn), 另一端接在 Q1、Q2 的公共連接端, Q1、Q2 中點(diǎn)的電壓等于整流后直流電壓的一半,開(kāi)關(guān) Q1、Q2 交替導(dǎo)通就在變壓器的次級(jí)形成幅值為 V i/2 的交流方波電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)

12、管的占空比, 就能改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓 V o。Q1、Q2斷態(tài)時(shí)承受的峰電壓均為 V i，由于電容的隔直作用，半橋型電路對(duì)由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次電壓的直流分量具有自動(dòng)平衡作用，因此該電路不容易發(fā)生變壓器偏磁和直流磁飽和的問(wèn)題，無(wú)須另加隔直電容變壓器原邊并聯(lián)的 R2、C5 組成 RC 吸收電路，用來(lái)吸收高頻尖峰。得注意的是，在半橋電路中，占空比定義為2：D=2ton/Ts2.3.2 控制電路控制電路 控制電路是開(kāi)關(guān)電源的核心部分，控制環(huán)節(jié)的好壞直接影響電路的整體性能，在這個(gè)電路中采用的是以 SG3525 芯片為核心的控制電路。采用恒頻脈寬調(diào)制控制方式。誤差放大

13、器的輸入信號(hào)是電壓反饋信號(hào),是由輸出電壓經(jīng)分壓電路獲取,與普通誤差放大器的接法不同的是該電壓反饋接成射極跟隨器形式，反饋信號(hào)比較精確，因而可以精確地制占空比調(diào)節(jié)輸出電壓，提高了穩(wěn)壓精度。SG3525 芯片振蕩頻率的設(shè)定圍為 100 500 kHz, 芯片的腳 5 和腳 7 間串聯(lián)一個(gè)電阻 Rd 就可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間。 SG3525 的振蕩頻率可表示為2：f s =1/(CT (0.7RT + 3R d)式中: CT , RT 分別是與腳 5、腳 6 相連的振蕩器的容和電阻; R d 是與腳 7 相連的放電端電阻值。此處 CT 、 RT 、R d 分別為圖中的 C53、R47、R48，

14、取值分別為 2200p、10k、100，即頻率 62khz。管腳 8 接一個(gè)電容的作用是用來(lái)軟啟動(dòng)，減少功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)機(jī)沖擊。1 和 14 腳輸出采用圖騰柱輸出,本電路采用外加驅(qū)動(dòng)隔離電路，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力和電源的可靠性。2.3.3 保護(hù)電路保護(hù)電路 保護(hù)電路是開(kāi)關(guān)電源中必不可少的補(bǔ)充，在這個(gè)電路中采用了輸入過(guò)流保護(hù)、輸出過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等。輸入過(guò)流保護(hù)是通過(guò)在原邊主電路中串入小磁環(huán)，小磁環(huán)感應(yīng)電壓輸出經(jīng)過(guò) 整流橋?qū)㈦娏餍盘?hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)（plp）經(jīng)一個(gè)三極管接至軟啟動(dòng) 8 腳，當(dāng)原邊電流大于設(shè)定值即 plp 高于 0.7v 時(shí)則將 8 腳電壓拉低， 關(guān)斷 3525 的 PWM 的輸出從而保護(hù)電路

15、。輸出過(guò)流保護(hù)2.3.4 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路 是通過(guò)在副邊主回路中串聯(lián)分流器，取樣分流器兩端的電壓信號(hào)送到誤差大器的反相端，正常工作時(shí)運(yùn)放輸出高電平，當(dāng)輸出過(guò)流時(shí)，運(yùn)放輸出為低電平而拉低電壓反饋信號(hào)，從而使 PWM 占空比減小，實(shí)現(xiàn)輸出電流保護(hù)。過(guò)熱保護(hù)是通過(guò)一個(gè)溫控開(kāi)關(guān)到 3525 的 10 腳來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)過(guò)熱時(shí)溫控開(kāi)關(guān)閉合以關(guān)閉使 8 腳電壓拉低從而關(guān)閉PWM 輸出。第第 3 章章主電路設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì)3.1 主電路形式選擇主電路形式選擇電子設(shè)備對(duì)電源在體積、重量、效率等方面提出了越來(lái)越高的要求。選擇好的主電路形式對(duì)電源的質(zhì)量至關(guān)重要。主電路形式主要依據(jù)輸出功率大小，輸出電壓高低進(jìn)行選擇。若輸

16、出功率較大時(shí)宜采用三相輸入電源及橋式輸入電路；若輸出功率較小但輸出電壓較高時(shí)宜采用反激變換器電路等。采用單相輸入電路時(shí)對(duì)功率器件、輸入濾波電容等的耐壓要求較低，元器件的成本也相對(duì)較低，因而輸出功率較小時(shí)優(yōu)先選用單相輸入電路。單端反激式開(kāi)關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高、線路簡(jiǎn)單和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)電源的技術(shù)要求，可選擇電源電路結(jié)構(gòu)為單端反激型。3.2 高頻變壓器的參數(shù)高頻變壓器的參數(shù)3.2.13.2.1 原副邊電壓比原副邊電壓比 n 電壓比計(jì)算的原則是電路在最大占空比和最低輸入電壓的條件下，輸出電壓能達(dá)到要求的上限，公式如下： nViminDmax/(Vomax V) 式中 V

17、為電路中的壓降，一般取 2V，取 Vimin130V，代入上式得 n0.42 3.2.2 磁芯的選取及變壓器的結(jié)構(gòu)磁芯的選取及變壓器的結(jié)構(gòu) 目前變壓器較為簡(jiǎn)潔常用的設(shè)計(jì)方法是 Ap 法。可根據(jù)下面公式選取合適的磁芯： AP=AeAWPt/（2f Bk cj） 式中，Ae 為磁芯截面積；Aw 為磁芯的窗口截面積；Pt 為變壓器傳輸?shù)目偣β剩籪 為開(kāi)關(guān)頻率；B 為磁芯材料所允許的最大磁通擺幅； kc 為繞組的窗口填充系數(shù) j 為導(dǎo)線的電流密度。在這里有 PT=800（11/0.85）, 0.85 為效率，里B 取 0.2T， kc 取 0.4，j 一般取 4A/mm2。查有關(guān)磁芯手冊(cè)，查得 EE5

18、5 磁芯，其 Ae=353mm2，Aw=280mm2，則其Ap=98840mm4。考慮到留有一定的裕量使電源更可靠地工作，這里采用兩個(gè)磁芯組合而成。 由于變壓器傳輸?shù)墓β瘦^大，寄生參數(shù)對(duì)其影響很大。所以變壓器的繞制方法很重要，否則會(huì)引起變壓器的性能下降。為了減小漏感，這里采用三明治繞法。同時(shí)，為了減小高頻噪音和變壓器的分布電容，原副邊之間加入屏蔽層。3.2.33.2.3 變壓器初、次級(jí)匝數(shù)變壓器初、次級(jí)匝數(shù) 為了保證在任何條件下磁芯不飽和，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照最大伏秒面積計(jì)算匝數(shù)。因?yàn)殡娐分须妷旱牟ㄐ味际欠讲?，所以最大伏秒面積的計(jì)算可以簡(jiǎn)化為電壓和脈沖寬度的乘積。通常計(jì)算二次側(cè)最大伏秒面積較為方便。對(duì)

19、半橋電路有： N2=vo/（2BAefs ） ，N1 =nN2 代入數(shù)值計(jì)算得，變壓器的次級(jí)匝數(shù)為 30.6 匝，實(shí)際電路中取 35 匝，由原副邊電壓比 n 可計(jì)算得到變壓器的初次級(jí)匝數(shù)為 15 匝。 3.2.43.2.4 確定繞組的導(dǎo)線線徑和導(dǎo)線股數(shù)確定繞組的導(dǎo)線線徑和導(dǎo)線股數(shù)在選用繞組的導(dǎo)線線徑，要考慮導(dǎo)線的集膚效應(yīng)。為了更有效的利用導(dǎo)線，減小集膚效應(yīng)的影響，一般要求導(dǎo)線線徑小于兩倍穿透深度，即應(yīng)選用線徑 r 小于 20.42mm2 的銅導(dǎo)線1。在此采用 0.31mm 線徑的導(dǎo)線多股并繞。原、副邊導(dǎo)線的截面積分別為：AC1=Iomax/jn=4/4=0.428mm2 ， AC2=Iomax

20、/j=4/4=1mm2 單股線面積為： 3.140.310.31/4=0.0754mm2 計(jì)算原邊和副邊的導(dǎo)線股數(shù)分別為： 1/0.0754=13.26 （股） ，0.428/0.0754=5.67（股）3.3 開(kāi)關(guān)管的選擇開(kāi)關(guān)管的選擇交流輸入電壓的最大值為 260V，整流濾波后的直流電壓的最大值為 368V。所以功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)最大漏極電壓為 368V，應(yīng)選擇耐壓在600V 以上的功率開(kāi)關(guān)管。第第 4 4 章章控制電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì)4.1 主電路主電路 半橋式開(kāi)關(guān)電源主電路如圖 1 所示。圖中開(kāi)關(guān)管 Q1、Q2 選用MOSFET, 因?yàn)樗请妷候?qū)動(dòng)全控型器件,具有驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小、

21、開(kāi)關(guān)速度快及安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)。半橋式逆變電路一個(gè)橋臂由開(kāi)關(guān)管 Q1、Q2 組成, 另一個(gè)橋臂由電容 C6、C7 組成。高頻變壓器初級(jí)一端接在 C6、C7 的中點(diǎn), 另一端接在 Q1、Q2 的公共連接端, Q1、Q2 中點(diǎn)的電壓等于整流后直流電壓的一半,開(kāi)關(guān) Q1、Q2 交替導(dǎo)通就在變壓器的次級(jí)形成幅值為 V i/2 的交流方波電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的占空比, 就能改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓 V o。Q1、Q2斷態(tài)時(shí)承受的峰電壓均為 V i，由于電容的隔直作用，半橋型電路對(duì)由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次電壓的直流分量具有自動(dòng)平衡作用，因此該電路不容易發(fā)生變壓器偏磁和直流磁飽

22、和的問(wèn)題，無(wú)須另加隔直電容變壓器原邊并聯(lián)的 R2、C5 組成 RC 吸收電路，用來(lái)吸收高頻尖峰。得注意的是，在半橋電路中，占空比定義為2：D=2ton/Ts圖圖 1 開(kāi)關(guān)電源主電路開(kāi)關(guān)電源主電路 4.2 控制電路的設(shè)計(jì)控制電路的設(shè)計(jì)控制電路的核心是根據(jù)反饋控制原理，將期望輸出電壓信號(hào)與實(shí)際輸出電壓信號(hào)進(jìn)行比較，利用誤差信號(hào)對(duì)功率開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)際輸出電壓維持在期望輸出電壓附近的目標(biāo)。本課題選用 SG3525 芯片做集成控制器。4.2.1SG3525 結(jié)構(gòu)和功能介紹結(jié)構(gòu)和功能介紹 PWM 控制芯片 SG3525 具體的內(nèi)部引腳結(jié)構(gòu)如圖 1 及圖 2 所示。其中腳 16

23、 為 SG3525 的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（5.11）V，采用了溫度補(bǔ)償，而且設(shè)有過(guò)流保護(hù)電路。腳 5、腳 6、腳 7 內(nèi)有一個(gè)雙門限比較器，內(nèi)設(shè)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成 SG3525 的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳 3)。腳 1 及腳 2 分別為芯片內(nèi)部誤差放大器 的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個(gè)兩級(jí)差分放大器，直流開(kāi)環(huán)增益為 70dB 左右。 根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳 9 和腳 1 之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。 12345678IN-IN+SYNCOSCCTRTDISSSCOMPSDOUTAGNDVCCOUTBV

24、RETVI109111213141516S4.2.2 控制電路的設(shè)計(jì)控制電路的設(shè)計(jì)控制電路是開(kāi)關(guān)電源的核心部分，控制環(huán)節(jié)的好壞直接影響電路的整體性能，在這個(gè)電路中采用的是以 SG3525 芯片為核心的控制電路。如圖 2 所示,采用恒頻脈寬調(diào)制控制方式。誤差放大器的輸入信號(hào)是電壓反饋信號(hào),是由輸出電壓經(jīng)分壓電路獲取,與普通誤差放大器的接法不同的是該電壓反饋接成射極跟隨器形式，反饋信號(hào)比較精確，因而可以精確地控制占空比調(diào)節(jié)輸出電壓，提高了穩(wěn)壓精度。SG3525 芯片振蕩頻率的設(shè)定范圍為 100 500 kHz, 芯片的腳 5 和腳 7 間串聯(lián)一個(gè)電阻 Rd 就可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間。 SG3

25、525 的振蕩頻率可表示為2：f s =1/(CT (0.7RT + 3R d) 式中: CT , RT 分別是與腳 5、腳 6 相連的振蕩器的電容和電阻; R d 是與腳 7 相連的放電端電阻值。此處 CT 、 RT 、R d 分別為圖中的 C53、R47、R48，取值分別為2200p、10k、100，即頻率為 62khz。 管腳 8 接一個(gè)電容的作用是用來(lái)軟啟動(dòng)， 減少功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)機(jī)沖擊。 11 和 14 腳輸出采用圖騰柱輸出,本電路采用外加驅(qū)動(dòng)隔離電路，增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)能力和電源的可靠性。保護(hù)電路是開(kāi)關(guān)電源中必不可少的補(bǔ)充，在這個(gè)電路中采用了輸入過(guò)流保護(hù)、輸出過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等。輸入過(guò)流保

26、護(hù)是通過(guò)在原邊主電路中串入小磁環(huán)，小磁環(huán)感應(yīng)電壓輸出經(jīng)過(guò) 整流橋?qū)㈦娏餍盘?hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)（plp）經(jīng)一個(gè)三極管接至軟啟動(dòng) 8 腳，當(dāng)原邊電流大于設(shè)定值即 plp 高于 0.7v 時(shí)則將 8 腳電壓拉低， 關(guān)斷 3525 的 PWM 的輸出從而保護(hù)電路。輸出過(guò)流保護(hù) 圖圖 2 控制電路控制電路4.3 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)輸出采用圖騰柱輸出,本電路采用外加驅(qū)動(dòng)隔離電路，增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)能力和電源的可靠性。驅(qū)動(dòng)隔離電路如圖 3 所示。圖圖 3 驅(qū)動(dòng)隔離電路驅(qū)動(dòng)隔離電路4.4 保護(hù)電路保護(hù)電路控制電路是電源電路中工作電壓最低的地方，在主電路中的正常和非正常電壓或電流都可能破壞控制電路。所以控制電路的保

27、護(hù)和其與主電路的隔離至關(guān)重要。在控制電路中要作好過(guò)電壓、過(guò)電流和電壓尖峰三種情況的防護(hù)，保護(hù)控制電路不受損壞。第第 5 5 章章 系統(tǒng)性能測(cè)試與結(jié)果系統(tǒng)性能測(cè)試與結(jié)果5.1 負(fù)載調(diào)整率測(cè)試負(fù)載調(diào)整率測(cè)試1定義：在額定電網(wǎng)電壓下，負(fù)載電流從零變化到最大時(shí)，輸出電壓的最大相對(duì)變化量，常用百分?jǐn)?shù)表示，有時(shí)也用絕對(duì)變化量表示。反映負(fù)載電流的變化對(duì)輸出電壓的影響。2測(cè)試方法：(1)交流輸入電壓 220V，輸出電流為 50%Io 時(shí)，測(cè)出穩(wěn)定的直流輸出電壓值 Uo。(2)調(diào)整負(fù)載電流為 100%Io 與(10%-15%)Io，測(cè)出穩(wěn)定的直流輸出電壓值 Uo1，Uo2(3)計(jì)算 100%Io 與(10%-1

28、5%)Io 條件下電壓調(diào)整率 1=(Uo1-Uo)/Uo100% 2=(Uo2-Uo)/Uo100%5.2 電壓調(diào)整率測(cè)試電壓調(diào)整率測(cè)試1定義：反映交流輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響。又稱電壓調(diào)整率。2測(cè)試方法：(1)交流輸入電壓 220V，輸出電流為滿載時(shí)，測(cè)出穩(wěn)定的直流輸出電壓值 Uo。(2)調(diào)整交流輸入電壓為 180V，260V，測(cè)出穩(wěn)定的直流輸出電壓值Uo1，Uo2(3)計(jì)算 180V，260V 條件下電壓調(diào)整率 1=(Uo1-Uo)/Uo100% 2=(Uo2-Uo)/Uo100%5.3 效率測(cè)試效率測(cè)試1內(nèi)容：測(cè)試不同交流輸入電壓，不同負(fù)載條件下電源效率 2測(cè)試方法：(1)交流輸入電

29、壓 90V，160V，220V，260V，輸出電流為100%Io，30%Io，空載時(shí)，測(cè)出對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定的直流輸出電壓值 Uo 與對(duì)應(yīng)的交流輸入功率 Pin。(2)計(jì)算效率 =Po/Pin100%=(UoIo)/Pin100%5.4 輸出紋波電壓及噪音測(cè)試輸出紋波電壓及噪音測(cè)試1、測(cè)試條件：交流輸入電壓 220V，輸出滿載。2、測(cè)試方法：測(cè)試時(shí)，示波器 TIME/DIV 檔置 10uS/div，帶寬置20MHz，讀取示波器顯示的輸出電壓峰-峰值即為輸出紋波電壓(包含毛刺在內(nèi)的峰-峰值為紋波+噪音)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)，采用 SG3525 輸出電壓為 24V，電流為 10A 的高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該開(kāi)關(guān)電源的紋波電壓控制、電壓調(diào)節(jié)精度及電源工作效率都符合設(shè)計(jì)要求。第 6 章 心得體會(huì)在電子設(shè)備中電源是其中重要組成部分之一，它負(fù)責(zé)給主電路提供穩(wěn)定可靠的電力，沒(méi)有一部高質(zhì)量的電源，電子設(shè)備就不能更好的工作。在現(xiàn)實(shí)生活中單相電的使用非常廣泛，大量的電子設(shè)備中都有單相 AC-DC 轉(zhuǎn)換電路。它運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換，經(jīng)過(guò)變換電能，可以滿足各種用電要求，其高效節(jié)能簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)使其得到了廣泛的應(yīng)用。其中高頻開(kāi)關(guān)電源在重量、體積和效率等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備。這次課程設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)完成了基于