畢業(yè)設(shè)計(jì)--24v50w開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　24V/50W開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)</p><p>　專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化</p><p>　學(xué)生姓名</p><p>　班級(jí)</p><p>　學(xué)號(hào)</p><p>　指導(dǎo)教師</p>&l

2、t;p>　完成日期2011年6月5日</p><p>　　24V/50W開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：隨著開(kāi)關(guān)電源在計(jì)算機(jī)、通信、航空航天、儀器儀表及家用電器等方面的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)其需求量日益增長(zhǎng)，并且對(duì)電源的效率、體積、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，全球各開(kāi)關(guān)電源制造廠商不斷推出各種性?xún)r(jià)比很高的產(chǎn)品或模塊。開(kāi)關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等

3、優(yōu)勢(shì)在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線(xiàn)性電源。開(kāi)關(guān)電源的高頻變換電路形式很多，常用的變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。其中，在半橋式變換器電路中，變壓器初級(jí)在整個(gè)周期中都流過(guò)電流，磁芯利用得更加充分。它克服了推挽式電路的缺點(diǎn)，所使用的功率管耐壓要求較低，功率管的飽和壓降減少到了最小，對(duì)輸入濾波電容使用電壓要求也較低。由于以上諸多原因，半橋式變換器在高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。</p><

4、;p>　　本文將介紹一款半橋式開(kāi)關(guān)電源，其工作原理是：220V交流電壓經(jīng)過(guò)EMI濾波及整流濾波后，得到約300V的直流電壓加到DC/DC變換器上，用脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的雙列脈沖信號(hào)去驅(qū)動(dòng)MOS管，通過(guò)功率變壓器的耦合和隔離作用在次級(jí)得到準(zhǔn)方波電壓，經(jīng)整流濾波反饋控制后可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。所用開(kāi)關(guān)器件為功率MOSFET管，控制芯片選用SG3525，SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來(lái)調(diào)

5、節(jié)脈寬的，在脈寬比較器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線(xiàn)圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無(wú)論開(kāi)關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。</p><p>　　關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)；脈寬調(diào)制；MOSFET；SG3525</p><p>　　Design

6、of 24V / 50W Switch Power Source </p><p>　　Abstract: As switching power supply for computer，telecommunications， aerospace，instruments and appliances, etc, it is about its wide application， and growing demand

7、 for power efficiency，volume，weight and reliability etc. To put forward higher request. In order to meet the market demand，the global switching power supply manufacturer continuously introduce all kinds of high perfor

8、mance to price ratio products or module. Switching power supply with its high efficiency，small volume， light weight，</p><p>　　This article will introduce a half-bridge switching power supply, and its working

9、 principle is: 220V AC voltage through the EMI filter and rectifier filter, got about 300V DC voltage is applied to DC / DC converters, and with the dual pulse width modulation circuitry pulse signal to drive the MOS col

10、umn tube, through the power transformer in the secondary role of coupling and isolation are quasi-square wave voltage, the rectifier filter feedback control can be obtained after a stable DC output v</p><p>

11、　　Key Words: Design of Switch Power Source；Pulse width modulation；</p><p>　　MOSFET；SG3525</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 概述…………………………………………………………………………………1</p>

12、<p>　　1.1 課題的研究背景……………………………………………………………1 </p><p>　　1.2 課題的研究意義............................................................................................1</p><p>　　1.3 課題的主要技術(shù)數(shù)據(jù)………………………

13、………………………………2</p><p>　　1.4 課題的效果預(yù)測(cè)……………………………………………………………2</p><p>　　2 設(shè)計(jì)方案與論證……………………………………………………………………3</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案……………………………………………………………………3</p><p>　　2.2 方案論證.

14、.......................................................................................................5</p><p>　　3 主電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………6</p><p>　　3.1 EMI濾波電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………

15、….6</p><p>　　3.2 整流濾波電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………7</p><p>　　3.3 DC/DC變換電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………….8</p><p>　　4 控制電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………9</p><p>　　4.1 SG3525的性能特點(diǎn)…

16、……………………………………………………...9</p><p>　　4.2 SG3525的引腳及內(nèi)部框圖……………………………………………….10</p><p>　　4.3 SG3525的工作原理.....................................................................................12</p>

17、;<p>　　4.4 SG3525的控制電路.....................................................................................13</p><p>　　5 輔助電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………..14</p><p>　　5.1 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)………………………

18、…………………………………..15</p><p>　　5.2 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………..15</p><p>　　5.3 電壓反饋電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………..15</p><p>　　6 開(kāi)關(guān)電源參數(shù)設(shè)計(jì)………………………………………………………………..15</p><p>　

19、　6.1 開(kāi)關(guān)電源“黑箱”預(yù)先估算……………………………………………..15</p><p>　　6.2 主電路的參數(shù)計(jì)算………………………………………………………..16</p><p>　　7 開(kāi)關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)........................................................................................

20、..........21</p><p>　　7.1 選擇各元器件的封裝..................................................................................21</p><p>　　7.2 PCB電路板的設(shè)計(jì)………………………………………………………...22</p><p>　　8 結(jié)

21、束語(yǔ)……………………………………………………………………………..25</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………..26</p><p>　　致謝………………………………………………………………………………..27</p><p>　　附錄………………………………………………………………………………..28</p&g

22、t;<p>　　附錄1：電路原理圖……………………………………………………………...29</p><p>　　附錄2：元器件布置連接圖……………………………………………………...30</p><p>　　附錄3：安裝布線(xiàn)圖……………………………………………………………...31</p><p>　　附錄4：元器件目錄表………………………………………

23、…………………...32</p><p>　　24V/50W開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)</p><p>　　1 概 述 </p><p>　　1.1 課題的研究背景</p><p>　　電源是各種電子設(shè)備必不可缺的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源兩大類(lèi)。

24、線(xiàn)性穩(wěn)壓電源亦稱(chēng)為串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源。起穩(wěn)壓性能好、輸出紋波電壓很小，但它必須使用笨重的工頻變壓器與電網(wǎng)進(jìn)行隔離，并且調(diào)整管的功率損耗較大，致使電源的體積和重量大、效率低。功率開(kāi)關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量很低，電源效率可達(dá)80%-90%，比普通線(xiàn)性穩(wěn)壓電源提高近一倍。小功率開(kāi)關(guān)電源亦稱(chēng)為無(wú)工頻變壓器的電源，它是利用體積很小的高

25、頻變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓變換及電網(wǎng)隔離的，不僅能去掉笨重的工頻變壓器，還可以采用體積較小的濾波元件和散熱器，這就為研究與開(kāi)發(fā)高效率、高密度、高可靠性、體積小、重量輕的開(kāi)關(guān)電源奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　隨著集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的進(jìn)步，各種開(kāi)關(guān)電源專(zhuān)用芯片大量問(wèn)世。目前，開(kāi)關(guān)頻率已從20KHz左右提高到幾百千赫茲止幾兆赫茲。與此同時(shí)，供開(kāi)關(guān)電源使用的元器件也獲得長(zhǎng)足發(fā)展。MOS功率開(kāi)關(guān)管（MOSFET）、肖特基二

26、極管（SBD）、超快恢復(fù)二極管（SRD）、瞬間電壓抑制器（TVS）、壓敏電阻器（VSR）、熔斷電阻器（FR）、線(xiàn)性光耦合器、可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器（TL431）、電磁干擾濾波器(EMI Filter)、高導(dǎo)磁率磁性材料、由非晶合金的磁珠（magneticbead）、三重絕緣線(xiàn)（Triple Insulated Wire）、玻璃珠（glass beads）膠合劑等一大批新器件、新材料正被廣泛采用。所有這些，都為小功率開(kāi)關(guān)電源的推廣與普及提供

27、了必要條件。</p><p>　　1.2 課題的研究意義</p><p>　　隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設(shè)備的種類(lèi)也越來(lái)越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，它們對(duì)電源的要求也越來(lái)越高。特別是隨著小型電子設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，也要求能夠提供穩(wěn)定的電源，以滿(mǎn)足小型電子設(shè)備的用電需要。開(kāi)關(guān)電源具有高頻率、高功率密度、高效

28、率等優(yōu)點(diǎn)。由于開(kāi)關(guān)電源具有這些優(yōu)點(diǎn)，基于這個(gè)思想設(shè)計(jì)了一個(gè)24V/50W的低功率開(kāi)關(guān)電源，以滿(mǎn)足小型電子設(shè)備的供電需要。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)電源電路的原理和基礎(chǔ)技術(shù)有一個(gè)比較全面和深入地了解，能夠具備掌握電路的設(shè)計(jì)能力，提高對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，包括資料檢索、專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)閱讀、設(shè)計(jì)能力和試驗(yàn)?zāi)芰Α?lt;/p><p>　　1.3 課題的主要技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　原

29、始數(shù)據(jù)如下：</b></p><p>　　1、輸入電壓和頻率：交流90V-264V, 50-60HZ ；</p><p>　　2、輸出電壓和電流：直流24V,直流2.1A ；</p><p>　　3、輸出功率：P=50W ；</p><p>　　4、開(kāi)關(guān)頻率: 66KHZ(LD7552) 。</p><p>

30、;<b>　　基本技術(shù)要求如下：</b></p><p>　　表1-1 輸入電壓和頻率</p><p><b>　　表1-2 負(fù)載要求</b></p><p>　　輸出效率：η≥80% </p><p>　　1.4 課題的效果預(yù)測(cè)</p><p>　　1、實(shí)習(xí)報(bào)告一份（600

31、0字以上，16K專(zhuān)用實(shí)習(xí)報(bào)告紙或A4紙）；</p><p>　　2、中文摘要一份（6000字以上，A4紙）；</p><p>　　3、英文資料翻譯一份（3000字以上，16K或A4紙打?。?lt;/p><p>　　4、開(kāi)題報(bào)告一份，按任務(wù)書(shū)要求進(jìn)行開(kāi)題；</p><p>　　5、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（中文字12000字以上，不含圖表和程序），要求

32、符合鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范要求；</p><p>　　6、設(shè)計(jì)圖紙一套，符合有關(guān)國(guó)家電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)要求；</p><p>　　7、所用元器件表和數(shù)據(jù)一份（符合畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)要求）。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案與論證</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)方案</b></p&

33、gt;<p>　　2.1.1 DC/DC變換器的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　方案一：DC/DC部分采用正激式變換器。</p><p>　　當(dāng)Buck電路的開(kāi)關(guān)管Tr與續(xù)流二極管D之間加入變壓器隔離器T1便得到圖2-1所示的單端正激變換器主回路電路圖。</p><p>　　由于正激式變換器的隔離元件T1是個(gè)典型變壓器，因此在變壓器副邊電路中必有一個(gè)整流

34、二極管D2和一個(gè)續(xù)流二極管D3，同時(shí)也要注意到變壓器原邊和副邊線(xiàn)圈的同名端有相同的相位。由于是正激工作方式，在兩只二極管后要加一個(gè)電感器L作為能量的儲(chǔ)能及傳遞元件。一般電感量大些，使得Ip較小。變壓器T1的并繞一個(gè)繞組P2與二極管D1串聯(lián)后接至Vs，這個(gè)繞組主要起去磁復(fù)位的作用，同時(shí)把漏感存儲(chǔ)的能量回傳給電源。單端正激變換器中的高頻變壓器，其磁通只工作在磁滯回線(xiàn)的第一象限，應(yīng)遵循磁通復(fù)位的原則。但其變壓器不像單端反激變換器的變壓器那樣有

35、儲(chǔ)能作用，因此單端正激變換器的變壓器的設(shè)計(jì)方法與反激式有很大差異。與脈沖變壓器相同，單端變換器的變壓器設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件，一是服從電磁感應(yīng)定律，二是在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間確保磁芯不會(huì)飽和。</p><p>　　圖2-1單端正激變換器主回路電路圖</p><p>　　方案二：DC/DC部分采用反激式變換器。</p><p>　　由Buck-Boost推演并加隔離變壓器后得

36、反激變換器原理線(xiàn)路，如圖2-2所示。</p><p>　　當(dāng)加到原邊主功率開(kāi)關(guān)管Tr的激勵(lì)脈沖為高電平時(shí)，Tr導(dǎo)通，直流輸入電壓Vs加在原邊繞組Lp兩端，能量?jī)?chǔ)存在原邊繞組Lp內(nèi)，此時(shí)因副邊繞組相位是上負(fù)下正，整流管D1反向偏置而截止；當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖為低電平使Tr截止時(shí)，原邊繞組Lp兩端電壓極性反向，使變壓器副邊繞組相位變?yōu)樯险仑?fù)，整流管被正向偏置而導(dǎo)通，此后儲(chǔ)存在變壓器原邊繞組Lp中的磁能向負(fù)載傳遞釋放。因單端反

37、激變換器只是在原邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間儲(chǔ)存能量，當(dāng)它截止時(shí)才向負(fù)載釋放能量，故高頻變壓器在開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中，既起前后級(jí)隔離作用，又是電感儲(chǔ)能元件。因此又稱(chēng)單端反激變換器為“電感儲(chǔ)能式變換器”。</p><p>　　在單端反激變換器中，一般有兩種工作方式：一種是完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流不連續(xù)方式）。在儲(chǔ)能周期（Ton）中，變壓器中存儲(chǔ)的所有能量在反激周期（Toff）中都轉(zhuǎn)移到輸出端。另一種是不完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流連續(xù)方式）

38、。儲(chǔ)存在變壓器Toff中的一部份能量在末保留到下一個(gè)Ton的開(kāi)始。</p><p>　　圖2-2單端反激變換器主回路電路圖</p><p>　　方案三：DC/DC部分采用半橋變換器。</p><p>　　半橋變換器主回路電路圖如圖2-3所示。半橋變換器主回路電路一個(gè)橋臂由開(kāi)關(guān)管S1，S2組成，另一個(gè)橋臂由電容C1，C2組成。高頻變壓器初級(jí)一端接在C1，C2的中點(diǎn)，

39、另一端接在S1，S2的公共連接端，C1，C2中點(diǎn)的電壓等于整流后直流電壓的一半，即Vi/2。開(kāi)關(guān)S1，S2交替導(dǎo)通就在變壓器的次級(jí)形成幅值為Vi/2的交流方波電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的占空比，就能改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓 Vo。</p><p>　　圖2-3 半橋變換器主回路電路圖</p><p>　　2.1.2 控制電路的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　方案一：

40、基于單片機(jī)的開(kāi)關(guān)電源。</p><p>　　采用單片機(jī)為核心，產(chǎn)生PWM波形。用內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)200ms的脈寬可調(diào)的周期信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的I/O端口輸出即為PWM波。在開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載上取出采樣電流經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)設(shè)定值和采樣值進(jìn)行比較，通過(guò)比較的差值對(duì)脈寬進(jìn)行調(diào)節(jié)，就可以改變BOOST電路的輸入電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整。電路原理框圖如圖2-4所示。</p><p

41、>　　圖2-4電路原理框圖</p><p>　　方案二：基于SG3525芯片的開(kāi)關(guān)電源。</p><p>　　利用開(kāi)關(guān)電源的控制芯片SG3525來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)PWM波的脈沖寬度，保持輸出</p><p>　　電壓的穩(wěn)定。電路原理框圖如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 電路原理框圖</p><p><

42、b>　　2.2 方案論證</b></p><p>　　2.2.1 DC/DC變換器的方案論證</p><p>　　方案一：正激變化器變壓器副邊紋波電流明顯衰減，因?yàn)樵谝欢ㄝ敵鲐?fù)載時(shí)，輸出電感器和續(xù)流二極管的存在使得儲(chǔ)能電容電流保持在較小的數(shù)值上。正激變換器的能量存儲(chǔ)于輸出電感器是有利于負(fù)載的，儲(chǔ)能電容可以取得很小，因?yàn)樗挥脕?lái)協(xié)助降低輸出紋波電壓，而且相對(duì)反激變換器而言，

43、電容上通過(guò)紋波電流額定值要求小一些。但由于在正激變換器中的儲(chǔ)能電感進(jìn)入不連續(xù)狀態(tài)時(shí)，在輔助輸出繞組上產(chǎn)生過(guò)電壓。如果加載負(fù)載，則效率會(huì)有所下降，所以有可能出現(xiàn)電壓升高的現(xiàn)象。一般認(rèn)為，正激變換器適合用應(yīng)用在低電壓、大電流、功率較大的場(chǎng)合。相對(duì)于反激變換器而言，正激變換器線(xiàn)路復(fù)雜，元件成本增加，工時(shí)增加，成本上升。</p><p>　　方案二：反激變換器適用在功率較小的場(chǎng)合，它的單臺(tái)容量雖小，但它有并聯(lián)工作容易、可

44、以自動(dòng)均衡的特點(diǎn)。正激變換器并聯(lián)卻需要均衡電路，所以多臺(tái)并聯(lián)時(shí)采用反激變化器為多。在高電壓應(yīng)用，例如1000V以上也采用反激。在同等功率輸出下，正激變換器漏極峰值電流小得多。相反，反激變換器雖然不需要電感，但有開(kāi)關(guān)管（包括原邊和副邊繞組）和濾波電容紋波電流大的不足。</p><p>　　方案三：半橋變換器由兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件組成，相對(duì)全橋而言，開(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路要減少一倍，所以功率損耗減小一倍。半橋變換器次級(jí)輸出為

45、全波而非雙端正激變換器輸出的半波，因此半橋變換器的方波頻率是正激變換器的兩倍，從而使半橋變換器輸出電感L、電容C的數(shù)值小很多。半橋變換電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件，不但降低了主電路的成本，控制電路也會(huì)因之有較大的簡(jiǎn)化，變壓器也只有兩個(gè)繞組，容易制作。且在半橋電變換路中，變壓器初級(jí)在整個(gè)周期都流過(guò)電流，磁芯利用充分，且沒(méi)有偏磁的問(wèn)題，所使用的功率開(kāi)關(guān)管耐壓要求較低，開(kāi)關(guān)管的飽和壓降減少到了最小，對(duì)輸入濾波電容使用電壓要求也較低。由于以上

46、諸多原因, 半橋式變換器在高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　綜上所述選擇方案三。</p><p>　　2.2.2 控制電路的方案論證</p><p>　　方案一：該方案可以在一定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意輸出波形的設(shè)定，并可以步進(jìn)調(diào)整，系統(tǒng)的顯示電路簡(jiǎn)單，輸出電壓值比較精確，但該方案主要由軟件實(shí)現(xiàn)，控制算法比較復(fù)雜，速度慢，輸出穩(wěn)定性不好，若想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢

47、復(fù)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，且電路比較繁瑣復(fù)雜，成本高。</p><p>　　方案二：隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，功率MOSFET在開(kāi)關(guān)變換器中開(kāi)始廣泛使用，為此美國(guó)硅通用半導(dǎo)體公司（Silicon General）推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動(dòng)N溝道功率MOSFET，其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評(píng)。SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來(lái)調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用

48、流過(guò)輸出電感線(xiàn)圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無(wú)論開(kāi)關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。 </p><p>　　綜上所述選擇方案二。</p><p><b>　　3 主電路的設(shè)計(jì) </b></p><

49、;p>　　3.1 EMI濾波電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子設(shè)備種類(lèi)日益增多，而任何電子設(shè)備都離不開(kāi)穩(wěn)定可靠的電源，因此對(duì)電源的要求也越來(lái)越高。開(kāi)關(guān)電源工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，本身就會(huì)對(duì)供電設(shè)備產(chǎn)生干擾，危害其正常工作；而外部干擾同樣會(huì)影響其正常工作。開(kāi)關(guān)電源干擾主要來(lái)源于工頻電流的整流波形和開(kāi)關(guān)操作波形。這些波形的電流泄漏到輸入部位就成為傳導(dǎo)噪聲和輻射噪聲，泄漏到輸出部位就形成了波

50、紋問(wèn)題。考慮到電磁兼容性的有關(guān)要求，應(yīng)采用EMI電源濾波器來(lái)抑制開(kāi)關(guān)電源上的干擾。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源輸入端采用的EMI濾波器是一種雙向?yàn)V波器，是由電容和電感構(gòu)成的低通濾波器，既能抑制從交流電源線(xiàn)上引入的外部電磁干擾，還可以避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾。開(kāi)關(guān)電源的干擾分為差模干擾和共模干擾，在線(xiàn)路中的傳導(dǎo)干擾信號(hào)，均可用差模和共模信號(hào)來(lái)表示。差模干擾是火線(xiàn)與零線(xiàn)之間產(chǎn)生的干擾，共模干擾是火線(xiàn)或零線(xiàn)與地

51、線(xiàn)之間產(chǎn)生的干擾。抑制差模干擾信號(hào)和共模干擾信號(hào)普遍有效的方法就是在開(kāi)關(guān)電源輸入電路中加裝電磁干擾濾波器。</p><p>　　EMI濾波器的電路結(jié)構(gòu)包括共模扼流圈(共模電感)L，差模電容Cx和共模電容Cy。共模扼流圈是在一個(gè)磁環(huán)(閉磁路)的上下兩個(gè)半環(huán)上，分別繞制相同匝數(shù)但繞向相反的線(xiàn)圈。兩個(gè)線(xiàn)圈的磁通方向一致，共模干擾出現(xiàn)時(shí)，總電感迅速增大產(chǎn)生很大的感抗，從而可以抑制共模干擾，而對(duì)差模干擾不起作用。為了更好地

52、抑制共模噪聲，共模扼流圈應(yīng)選用磁導(dǎo)率高，高頻性能好的磁芯。共模扼流圈的電感值與額定電流有關(guān)。</p><p>　　圖3-1 EMI濾波電路</p><p>　　3.2 整流濾波電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　整流電路一般為不可控整流電路，根據(jù)電源容量的大小，可以是單相整流，一般選用單相橋式結(jié)構(gòu)，大容量的開(kāi)關(guān)電源可用三相交流電源，整流電路可用三相半波和三相橋式不可控

53、整流電路。整流電路中二極管額定電壓和通態(tài)平均電流的選取與一般整流電路相同。小功率單相整流電路可用全橋或半橋整流模塊。整流器件在滿(mǎn)足額定電壓和通態(tài)平均電流的前提下，沒(méi)有其它特殊的要求。</p><p>　　二極管整流后的濾波電路為電容濾波，使用大容量的電解電容一般為幾百、幾千uF甚至更大。因?yàn)榇笕萘康碾娊怆娙荻即嬖谥^大的等效電感，對(duì)于高頻電流成分的通過(guò)有較大的阻礙作用，所以經(jīng)常有一個(gè)容量較小的其它結(jié)構(gòu)的電容與電解

54、電容并聯(lián)，為電流中的高頻成分提供通路，改善濾波效果。</p><p>　　在整流濾波環(huán)節(jié)采取的是電容濾波的單相不可控整流電路，本電路常用于小功率的單相交流輸入的場(chǎng)合，如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 單相不可控整流電路</p><p>　　3.3 DC/DC變換電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　DC/DC變換器采用半橋式變換器。半

55、橋式變換器是由Buck基本變換器串入半橋式變壓隔離器派生而來(lái)的。因?yàn)闇p少了原邊開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在中小功率上得到了廣泛應(yīng)用，所以半橋式變換器是離線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源較好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。下面就對(duì)半橋式變換器的工作原理進(jìn)行分析。為了分析穩(wěn)態(tài)特性，簡(jiǎn)化推導(dǎo)過(guò)程，首先假定：</p><p>　　1）開(kāi)關(guān)管、二極管均為理想元件。也就是可以瞬間的導(dǎo)通和截止，而且導(dǎo)通時(shí)的壓降為零，截止時(shí)的漏電流為零。</p>

56、<p>　　2）電感、電容是理想元件。電感工作在線(xiàn)性區(qū)而未飽和，寄生電阻為零，電容的等效串聯(lián)電阻為零。 </p><p>　　3）輸出電壓中的紋波電壓與輸出電壓的比值小到允許忽略。</p><p>　　半橋式變換電路如圖3-3所示。在半橋式變換電路中，一個(gè)橋臂由開(kāi)關(guān)管Q1、Q2 組成， 另一個(gè)橋臂由電容C1、C2組成。其工作原理如下：</p><p>　　

57、如果C1 = C2，某一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，原邊繞組上電壓只有電源電壓的一半。穩(wěn)態(tài)條件下，C1 = C2,當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，C1上的1/2Vi加在原邊線(xiàn)圈上，原邊繞組流過(guò)電流Ip。電路通過(guò)開(kāi)關(guān)管Q1、原邊繞組、電容C2形成回路，此時(shí)原邊繞組上下兩端極性為上正下負(fù)，經(jīng)過(guò)占空比所定的時(shí)間后，Q1關(guān)斷。由于原邊繞組存在，Ip方向不變，值逐漸變小，此時(shí)B點(diǎn)負(fù)電位，反激能量再生，對(duì)C2充電。B點(diǎn)連接點(diǎn)的電壓在阻尼電阻的作用下以振蕩形式最后恢復(fù)的中心值。Q1

58、關(guān)閉一段時(shí)間后，給Q2一個(gè)觸發(fā)脈沖，Q2導(dǎo)通。電路通過(guò)電容C1、原邊繞組、開(kāi)關(guān)管Q2形成回路，重復(fù)以前過(guò)程。副邊電路的工作如下：當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，副邊繞組電壓使D1導(dǎo)通，電流通過(guò)二極管D1、電感L2、負(fù)載R構(gòu)成回路，當(dāng)Q1關(guān)斷，兩個(gè)繞組電壓變?yōu)榱恪2導(dǎo)通時(shí)，D2導(dǎo)通，負(fù)載上的電流與電壓方向沒(méi)有發(fā)生改變，由此形成的方波電壓，經(jīng)過(guò)L2和C4構(gòu)成的濾波環(huán)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓Vo，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Vo。Q

59、1、Q2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為Vi，由于電容的隔直作用，半橋式電路對(duì)由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱(chēng)而造成的變壓器一次電壓</p><p>　　圖3-3 半橋式變換電路</p><p><b>　　4 控制電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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

60、芯片為核心的控制電路。</p><p>　　4.1 SG3525的性能特點(diǎn)</p><p>　　SG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制芯片，它簡(jiǎn)單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動(dòng)為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動(dòng)能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)控制電路、PWM鎖存器，有過(guò)流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時(shí)能限制最大占空比。其性能特點(diǎn)如下：</p><p>

61、　　1)工作電壓范圍寬： 8～35V。</p><p>　　2)內(nèi)置5．1 V±1．0％的基準(zhǔn)電壓源。</p><p>　　3)芯片內(nèi)振蕩器工作頻率寬100Hz～500 kHz。</p><p>　　4)具有振蕩器外部同步功能。</p><p>　　5)死區(qū)時(shí)間可調(diào)。為了適應(yīng)驅(qū)動(dòng)快速場(chǎng)效應(yīng)管的需要，末級(jí)采用推拉式工作電路，使開(kāi)關(guān)速度

62、更陜，末級(jí)輸出或吸入電流最大值可達(dá)400mA。</p><p>　　6)內(nèi)設(shè)欠壓鎖定電路。當(dāng)輸入電壓小于8V時(shí)芯片內(nèi)部鎖定，停止工作(基準(zhǔn)源及必要電路除外)，使消耗電流降至小于2mA。</p><p>　　7)有軟啟動(dòng)電路。比較器的反相輸入端即軟啟動(dòng)控制端芯片的引腳8，可外接軟啟動(dòng)電容。該電容器內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓由恒流源供電，達(dá)到2．5V的時(shí)間為t=(2．5V／50μA)C，占空比由小到大(5

63、0％)變化。</p><p>　　8)內(nèi)置PWM(脈寬調(diào)制)。鎖存器將比較器送來(lái)的所有的跳動(dòng)和振蕩信號(hào)消除。只有在下一個(gè)時(shí)鐘周期才能重新置位，系統(tǒng)的可靠性高。</p><p>　　4.2 SG3525的引腳及內(nèi)部框圖</p><p>　　PWM控制芯片SG2525的引腳及內(nèi)部框圖結(jié)構(gòu)如圖4-1及圖4-2所示。其中，腳16為SG3525的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（

64、5.1±1％）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(mén)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)。</p>

65、<p>　　SG3525的各引腳具體功能介紹如下：</p><p>　　1、Inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。 2、Noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）之間接入不同類(lèi)型的反饋

66、網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類(lèi)型的調(diào)節(jié)器。 3、Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。 4、OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。 5、CT(引腳5)：振蕩器定時(shí)電容接入端。 6、RT(引腳6)：振蕩器定時(shí)電阻接入端。 7、Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。

67、 8、Soft-Start(引腳8)：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只5的軟啟動(dòng)電容。 9、Compensation(引腳9)：PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類(lèi)型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積</p><p>　　圖4-1 SG3525的引腳圖</p><p>　　圖4-2 SG3525的內(nèi)部框圖</p><p>　　下面分別闡

68、述其各部分功能： </p><p>　　1） 基準(zhǔn)電壓源: 基準(zhǔn)電壓源是一個(gè)三端穩(wěn)壓電路，其輸入電壓Vcc可在（8～35）V內(nèi)變化，通常采用+12V，其輸出電壓VST＝5.1V，精度，采用溫度補(bǔ)償，作為芯片內(nèi)部電路的電源，也可為芯片外圍電路提供標(biāo)準(zhǔn)電源，向外輸出電流可達(dá)400mA ，沒(méi)有過(guò)流保護(hù)電路。</p><p>　　2) 振蕩電路： 由一個(gè)雙門(mén)限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門(mén)限電壓VH

69、 = 3.9V,低門(mén)限電壓VL = 0.9V,內(nèi)部橫流源向CT充電，其端壓Vc線(xiàn)性上升，構(gòu)成鋸齒波的上升沿，當(dāng)Vc = VH時(shí)比較器動(dòng)作，充電過(guò)程結(jié)束，上升時(shí)間t1為：</p><p>　　t1 = 0.67RTCT</p><p>　　比較器動(dòng)作時(shí)使放電電路接通，CT放電，Vc下降并形成鋸齒波的下降沿，當(dāng)Vc = VL時(shí)比較器動(dòng)作，放電過(guò)程結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)，下降時(shí)間間t2為：<

70、;/p><p>　　t2 = 1.3RDCT</p><p>　　注意：此時(shí)間即為死區(qū)時(shí)間</p><p>　　鋸齒波的基本周期T為:</p><p>　　T = t1 + t2 = (0.67RT + 1.3RD)CT</p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p>

71、;　　由上可見(jiàn)鋸齒波的上升沿遠(yuǎn)長(zhǎng)于下降沿，因此上升沿作為工作沿，下降沿作為回掃沿。</p><p>　　3) 誤差放大器：由兩級(jí)差分放大器構(gòu)成，其直流開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為80dB左右，電壓反饋信號(hào)uf從端子1接至放大器反相輸入端，放大器同相輸入端接基準(zhǔn)電壓。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是1. 5V-5. 2V。</p><p>　　4) PWM信號(hào)產(chǎn)生及分相電路：比較器的反相端接誤差放大器的輸出

72、信號(hào)Ue，而振蕩器的輸出信號(hào)Uc則加到比較器的同相輸入端，比較器的輸出信號(hào)為PWM信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)鎖存器鎖存，分相電路由二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和兩個(gè)或非門(mén)構(gòu)成，其輸入信號(hào)為振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)，并用時(shí)鐘信號(hào)的前沿觸發(fā)，輸出為頻率減半的互補(bǔ)方波，這些方波和PWM信號(hào)輸入到或非門(mén)邏輯電路。其結(jié)果是，所有的輸入為負(fù)時(shí)，輸出為正。這樣P1、P2的輸出每半周期交替為正，其寬度和PWM信號(hào)的負(fù)脈沖相等。脈沖很窄的時(shí)鐘信號(hào)輸入到邏輯或非門(mén)電路，可使兩個(gè)門(mén)的輸出同時(shí)有

73、一段低電平，以產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間。</p><p>　　5) 脈沖輸出級(jí)電路：輸出末級(jí)采用推挽輸出電路，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)功率管時(shí)關(guān)斷速度更快。11腳和14腳相位相差1800，拉電流和灌電流峰值達(dá)200mA。由于存在開(kāi)閉滯后，使輸出和吸收間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通。在重迭處有一個(gè)電流尖脈沖，起持續(xù)時(shí)間約為l00ns?？梢栽?3腳處接一個(gè)約0. luF的電容濾去電壓尖峰。</p><p>　　4.3 SG3525的工

74、作原理</p><p>　　SG3525 內(nèi)置了5.1V 精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無(wú)須外接分壓電組。SG3525 還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT引腳和Discharge 引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525 內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。SG3525 的

75、軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5 的軟啟動(dòng)電容。上電過(guò)程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的PWM 比較器反向輸入端處于低電平，PWM 比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM 瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通</p><p>　　過(guò)兩個(gè)或非門(mén)加到輸出晶體管上，使之無(wú)法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8 處于高電平時(shí)，SG3525 才開(kāi)始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器

76、的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM 比較器輸出為正的時(shí)間變長(zhǎng)，PWM 瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)Shutdown（引腳10）上的信號(hào)為高電平時(shí)，PWM 瑣存器將立即動(dòng)作，禁止SG3525

77、 的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程。注意，Shutdown 引腳不能懸空，應(yīng)通過(guò)接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)耦合而影響SG3525 的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過(guò)低，在 SG3525 的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。此外，SG3525 還具有以下功能，即無(wú)論</p><p>　

78、　4.4 SG3525的控制電路</p><p>　　如圖4-3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100-500kHz,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。

79、SG3525的振蕩頻率可表示為：fs =1/(CT*(0.7RT + 3Rd))</p><p>　　式中: CT , RT 分別是與腳5、腳6相連的振蕩器的電容和電阻；Rd 是與腳7相連的放電端電阻值。此處CT、RT、Rd分別為圖中的C7、R6、R7，取值分別為2200pF、10kΩ、100Ω。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，電流驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可直

80、接控制半橋變換器的上下功率管S1，S2。圖騰柱輸出就是上下兩個(gè)輸出管，從直流角度看是串聯(lián)，兩管聯(lián)接處為輸出端。上管導(dǎo)通，下管截止，輸出高電平，下管導(dǎo)通上管截止輸出低電平，如果電路邏輯可以上下兩管均截止則輸出為高阻態(tài)。</p><p>　　圖4-3 SG3525的控制電路</p><p><b>　　5 輔助電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　

81、　5.1 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路是控制電路與主電路的接口，同開(kāi)關(guān)電源的可靠性、效率等性能密切相關(guān)，驅(qū)動(dòng)電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅(qū)動(dòng)功率，并具有較高的抗干擾和隔離噪聲的功能。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5-1所示。</p><p>　　圖5-1 開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　5.2

82、 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　保護(hù)電路是開(kāi)關(guān)電源中必不可少的補(bǔ)充，在控制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。</p><p>　　如圖3-6所示，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SG3525的PWM的輸出

83、從而保護(hù)電路。</p><p>　　輸出過(guò)流保護(hù)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)送到誤差放大器的反相端，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，從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)。</p><p>　　過(guò)熱保護(hù)是通過(guò)一個(gè)溫控開(kāi)關(guān)接到SG3525的10腳來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)過(guò)熱時(shí)溫控開(kāi)關(guān)閉合使8腳電壓拉低從而關(guān)閉PWM輸出。<

84、;/p><p>　　5.3 電壓反饋電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電壓反饋環(huán)的唯一功能就是使輸出電壓保持在一個(gè)固定值，電壓反饋環(huán)的核心部分是一個(gè)稱(chēng)為誤差放大器的高增益運(yùn)算放大器，這部分僅僅是個(gè)高增益的放大器而已，它把兩個(gè)電壓的誤差放大，并產(chǎn)生電壓誤差信號(hào)。在電源系統(tǒng)中，這兩個(gè)電壓一個(gè)是參考電壓，而另一個(gè)則是輸出電壓。輸出電壓在輸入到誤差放大器之前先進(jìn)行分壓，分壓的比例為電壓參考值與額定輸出電

85、壓的比值。這樣，在額定輸出電壓時(shí)，誤差放大器產(chǎn)生一個(gè)“零誤差”點(diǎn)。如果輸出偏離額定值，放大器的輸出誤差電壓就會(huì)明顯地改變，電源系統(tǒng)用該誤差電壓來(lái)校正脈寬，從而使輸出電壓回到額定值。</p><p>　　如圖4-3所示，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。

86、 </p><p>　　6 開(kāi)關(guān)電源參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1 開(kāi)關(guān)電源“黑箱”預(yù)先估算</p><p>　　在最初設(shè)計(jì)階段，首先要考慮開(kāi)關(guān)電源的一些主要參數(shù)，這有助于設(shè)計(jì)者確定自己所選的拓?fù)涫欠裾_，也便于提前預(yù)定實(shí)驗(yàn)板所需的元器件。同時(shí)可以知道接下來(lái)的設(shè)計(jì)所需的一些非常重要的參數(shù)。關(guān)于如何對(duì)“黑箱”進(jìn)行估計(jì)，設(shè)計(jì)者只要知道設(shè)計(jì)指標(biāo)中的一些外

87、特性參數(shù)就可以了。接下來(lái)就把要設(shè)計(jì)的電源當(dāng)成一個(gè)黑箱看待，在這個(gè)黑箱里，只定義輸入和輸出,如圖4-1所示。</p><p>　　圖6-1 把電源系統(tǒng)看成一個(gè)黑箱</p><p>　　下面就是一些參數(shù)估計(jì)：</p><p>　　1、額定輸出功率：Po = Vo * Io = 24V * 2.1A = 50.4W</p><p>　　2、估計(jì)輸入

88、功率：Pin = Po/η= 50.4/0.8 = 63W</p><p>　　3、直流輸入電壓(AC220V供電)：</p><p>　　Vin(L) = AC90 * 1.414 = 127.26V ；Vin(H) = AC264 * 1.414 = 373.296V</p><p>　　4、平均輸入電流（直流）：</p><p>　　a

89、）平均額定電流：Iin(nom) = Pin/Vin(nom) = 63W/310V = 0.203A</p><p>　　a) 最大平均電流：Iin(max) = Pin/Vin(min) = 63W/127.26V = 0.495A</p><p>　　b) 最小平均電流：Iin(min) = Pin/Vin(max) = 63W/373.296V = 0.169A</p>

90、<p>　　5、估計(jì)最大峰值電流：Ipk = kPo/Vin(min) = 2.8 * 63W/127.26V = 1.39A</p><p>　　式中，k = 1.4 (對(duì)于Buck電路、推挽電路和全橋電路)；</p><p>　　K = 2.8 (對(duì)于半橋電路和正激電路)；</p><p>　　K = 5.5 (對(duì)于Boost、Buck-Boost

91、和反激式電路)。</p><p>　　6.2 主電路的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　6.2.1 EMI濾波電路的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　差模電容Cx通常選用金屬膜電容，取值范圍一般在0．1～1μF。Cy用于抑制較高頻率的共模干擾信號(hào)，取值范圍一般為2200～6800pF。常選用自諧振頻率較高的陶瓷電容。由于接地，共模電容Cy上會(huì)產(chǎn)生漏電流。因?yàn)槁╇娏鲿?huì)對(duì)人體安

92、全造成傷害，所以漏電流應(yīng)盡量小，通常小于1.0 mA。共模電容取值與漏電流大小有關(guān)，所以不宜過(guò)大，取值范圍一般為2200～4700pF。R為Cx的泄放電阻。電源濾波器的性能很大程度上取決于其端阻抗，根據(jù)信號(hào)傳輸理論，濾波器輸入端與電源端的端接、濾波器輸出端與負(fù)載端的端接應(yīng)遵循阻抗極大不匹配原則。</p><p>　　因此，濾波器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循：(1)源內(nèi)阻是高阻(低阻)的，濾波器輸入阻抗就應(yīng)該是低阻(高阻)；(2)

93、負(fù)載是高阻(低阻)的，則濾波器輸出阻抗就應(yīng)該是低阻(高阻)。對(duì)EMI信號(hào)來(lái)說(shuō)，電感是高阻，電容是低阻。</p><p>　　EMI濾波電路如圖3-1所示。取Cx為0.1uF，Cy為2200pF，L1為30mH。</p><p>　　6.2.2 整流濾波電路的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　電容濾波器是利用電容充放電來(lái)使脈動(dòng)的直流電變成平穩(wěn)的直流電。電容濾波的單相不可控

94、整流電路，在空載時(shí)，放電時(shí)間常數(shù)為無(wú)窮大，輸出的電壓最大，R = ∞，Ud = U2。重載時(shí),R很小,電容放電很快，幾乎失去儲(chǔ)能作用,隨負(fù)載加重Ud逐漸趨近于0.9U2，即趨近于接近電阻負(fù)載時(shí)的特性。</p><p>　　在此后的電路中，涉及到選管子，選型號(hào)，故此處的電壓取最大值，即整流后的值Ud = U2 = * 220 = 310V，輸出電流平均值Id = Ud/2，Id = IR。<

95、/p><p>　　1、整流二極管的選擇</p><p>　　整流二極管是一種能夠?qū)⒔涣麟娔苻D(zhuǎn)化成為直流電能的半導(dǎo)體器件，整流二極管具有明顯的單向?qū)щ娦裕且环N大面積的功率器件，結(jié)電容大，工作頻率較低，一般在幾十千赫茲，反向電壓從25V到3000V。硅整流二極管的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好，通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造，這種器件結(jié)面積大，能通過(guò)較大電流（通?？梢赃_(dá)到數(shù)千

96、安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫茲以下，整流二極管主要用于各種低頻整流電路。 二極管承受反向電壓最大值為變壓器二次電壓最大值，即 UVD = U2 = 310V。二極管電流平均值為：ID = Id/2 = IR/2。</p><p>　　IN5396型號(hào)二極管的最高反向峰值電壓為500V，平均整流電流為1.5A，滿(mǎn)足要求。</p><p>　　所以選用IN5396型號(hào)整流二

97、極管。</p><p><b>　　2、濾波電容的選擇</b></p><p>　　設(shè)變換器由50HZ交流電源供電，變換器允許輸入紋波電壓峰峰值為25V。由前面計(jì)算得最小輸入電壓為90V,變換器輸入功率Pi = 63W ，最低電壓峰值Upmin = 1.414 * 90 = 127.26V，K = (Upmin-25)/Upmin = (127.26-25)/127.

98、26 ≈ 0.804，取K = 0.8。從表6-1查得α= 0.0278，C = αPi/Ui2(min) 。</p><p>　　代入數(shù)值計(jì)算得C = 0.0278 * 63/902 ≈ 216.22uF。</p><p>　　電容承受最高電壓為Umax = 1.2 * 220 *1.414 = 373V，選擇450V。所以電容C選擇為250uF/450V,電容Ca為10uF。 <

99、/p><p>　　表6-1 電容選擇系數(shù)表</p><p>　　6.2.3 DC/DC變換電路的參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　1、變壓器設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1）確定變比K</b></p><p><b>　?。?6-1 ）</b>

100、;</p><p>　　Vo是輸出電壓，VD是輸出整流二極管的通態(tài)壓降，VLf是輸出濾波電感上的直流壓降。220V交流電壓經(jīng)過(guò)EMI濾波及整流濾波后，得到約300V的電壓。取Vi = 310V, VLf = 0.5V, D = 0.85，其中VD = 0.7V, Vo = 24V。</p><p>　　代入數(shù)值計(jì)算得K ≈ 5 </p><p>　　2）磁芯的選取及

101、變壓器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　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 = AeAw ≥ Pt/（2f△Bkcj） （ 6-2 ）</p><p>　　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?，f為開(kāi)關(guān)頻率，ΔB為磁芯材料所允許的最大磁通擺幅，Kc為繞組的窗口

102、填充系數(shù)，j為導(dǎo)線(xiàn)的電流密度。在這里有Pt = 800 * （ 1 + 1/0.85 ），0.85為效率，這里ΔB取0.2T，Kc取0.4，j一般取4A/mm2。</p><p>　　磁芯采用EE型，這是因?yàn)樵谒写判局?，這種磁芯的繞線(xiàn)面積最大。為了通過(guò)VDE認(rèn)證，要加許多絕緣層，這就要求增大繞線(xiàn)面積。雙象限正激式變換器中，磁芯可以不加氣隙。磁芯材料可以用3C8（鐵氧體軟磁性材料）或“F”材料（Magnetics

103、公司），在這種開(kāi)關(guān)工作頻率下，磁芯所產(chǎn)生的鐵損是可以接受的。查有關(guān)磁芯手冊(cè)，查得EE55磁芯，其Ae = 353 mm2,Aw = 280 mm2，則其Ap = 98840 mm4。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。</p><p>　　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。<

104、/p><p>　　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。</p><p>　　3）變壓器初、次級(jí)匝數(shù)</p><p>　　為了保證在任何條件下磁芯不飽和，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照最大伏一秒面積計(jì)算匝數(shù)。因?yàn)殡娐分须妷旱牟ㄐ味际欠讲?，所以最大伏一秒面積的計(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)最大伏一秒面積較為方便。對(duì)半橋電路有：</p>

105、;<p>　　N2 = Vo/（2△BAefs），N1 = K×N2 （ 6-3 )</p><p>　　代入數(shù)值計(jì)算得，變壓器的次級(jí)匝數(shù)為2.58匝，實(shí)際電路中取7匝，由原副邊電壓比n可計(jì)算得到變壓器的初級(jí)匝數(shù)為35匝。</p><p>　　4）原副邊電流的有效值：</p><p><

106、;b>　?。?6-4 ）</b></p><p>　　其中Vin = Vi/2 = 155V, Vo = 24V, Io = 2.1A</p><p>　　代入數(shù)值計(jì)算得 Ip = 0.325A , Is = 1.485A</p><p>　　5）原副邊導(dǎo)線(xiàn)的截面積：</p><p><b>　?。?6-5 ）&l

107、t;/b></p><p>　　其中J= 4A/mm2，代入數(shù)值計(jì)算得Sp ≈ 0.081mm2 , Ss ≈ 0.371mm2</p><p>　　6）確定繞組的導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑和導(dǎo)線(xiàn)股數(shù)</p><p>　　在選用繞組的導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑，要考慮導(dǎo)線(xiàn)的集膚效應(yīng)，導(dǎo)線(xiàn)的穿透深度為</p><p><b>　?。?6-6 )</b>