畢業設計-基于sg3524芯片開關電源設計(完整版)

　　

【正文】 改進元器件達到高頻化的同時，也會因輻射干擾波而導致一種超標準值 的雜散的信號。 圖 電容濾波電路 本科畢業設計說明書（論文） 第 10 頁 共 33 頁 在負半周，當 2 cuu? 時，另外 兩 個二極管 (VD VD4)導通，再次給電容 C 充電，當 UC 充到 U2 的最大值時， U2 開始下降，且下降速率逐漸加快。 濾波的基本概念 濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現濾波。 圖 單相橋式整流電路 當 u2正半周時 ， 二極管 D D3正向導通 ， D D4反偏截止，在負 載上產生一個極性為上正下負的輸出電壓。 由于采用了直接的電感電流峰值技術，它可以及時，準確的檢測輸出和開關管電流，自然形成了諸葛電流脈沖檢測電路，通過給定一個參考電流，就可以準確的限制流過開關管的最大電流，當輸出超載或短路時，自動的保護電路，同時也可防止電網浪涌所產生的尖峰 電流損壞電路器件，這樣設計電路時就不需要考慮留什么余量，能省一些成本。 其基本原理如圖 所示。脈寬調制器能產生頻率固定而脈沖寬度可調的驅動信號，控制功率開關管的通、斷狀態，進而調節輸出電壓的高低，達到穩壓目的。 (3) 脈沖密度調制 (Pulse Density Modulation， 簡 稱 PDM，即脈密調制 )式：其特點是脈沖寬度為恒定值，通過調節脈沖數實現穩壓目的。其中線路濾波器及浪涌電流控制電路的主要作用是削弱由電網電源線進入的外來噪聲以及抑制浪涌電流，整流電路則完成交流到直流的 本科畢業設計說明書（論文） 第 3 頁 共 33 頁 變換，可分為電容輸入型和扼流圈輸入型兩大類，開關電源中通常采用電容輸入型。 圖 開關電源的基本構成 主要由以下 5 部分構成 ： ① 輸入整流濾波器：包括從交流電到輸入整流濾波器的電路。 (4) 濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。由于調整管 V 上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片。為了提高效率，人們研究出了開關式穩壓電源，它的效率可達 85%以上，穩壓范圍寬 ； 除 此之外，還具有穩壓精度高的特點，是一種較理想的穩壓電源。開關電源具有效率高、體積小、重量輕、應用廣泛等優點，現已成為穩壓電源的主流產品。由于這兩方面原因，所以開關穩壓電源的體積小，重量輕。開關穩壓電源的工作頻率目前基本上是工作在 50kHz，是線性穩壓電源的 1000 倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了 1000 倍 ； 即使采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了 500 本科畢業設計說明書（論文） 第 2 頁 共 33 頁 倍。 ② 功率功率管 (VT)及高頻變壓器 (T)。功率變換電路是整個開關電 源的核心器件，它將直流電壓變換成高頻矩形脈沖電壓，其電路主要由開關電路和變壓器組成。它采用零電壓技術，能顯著降低功率電壓管的損耗。鋸齒波發生器用于提供始終信號。 圖 電流控制型開關電 源 電流控制型的工作原理是采用恒頻時鐘脈沖置 位鎖存器，輸出脈沖驅動功率管導通 ， 電源回路中的電流脈沖逐漸增大。 (3) 回路 穩定性好，負載響應快 。 u2正半周時， 電流流向圖如圖 所示。電容器 C 對直流開路，對交流阻抗小， 所以 C 應該并聯在負載兩端。當 2 cuu? 時，四個二極管再次截止，電容 C 經負載 RL放電，重復上述過程。這些信號構成了電磁干擾 (EMI)，被干擾對象是無線電通信。在一般情況下，差模干擾幅度小，頻率低，所造成的干擾較小；共模干擾幅度大，頻率高，還可以通過導線產生輻射，所造成的干擾較大。 (6) 濾波器應具有足夠的機械強度，結構簡單，重量輕，體積小，安裝方便，安全可靠。 當額定電流較大時，共模扼流圈的線徑也要相應增大，以 便能承受較大的電流。兩個變換器輪流互補工作。并聯于開關管兩端的二極管僅流過磁芯復位時的磁化電流。 (2) 工作頻率大于 100KHz。 各引腳功能如下：第 2 腳分別為誤差放 大器的反相輸入端與同相輸入端。第 l l3 腳為輸出管的集電極；第 l5 腳為電源輸入端，接 +5V～ +30V。 取樣電壓和基準電壓分別接入管腳 l 和 2，經誤差放大器放大后，輸出控制電壓U3，接入 PWM 調制器反相輸入端，與其同相輸入端的鋸齒波電壓進行比較，輸出一個寬度受控制電壓 U3調制的方波脈沖 U4，送至兩個或非門的輸入端，同時來自振蕩器的同步方波脈沖 U2經二分頻觸發器輸出兩路相 位互差 180。500mA（峰值） 參考輸出電流： 50mA 振蕩器充電電流： 5mA 功耗： 1W 結溫： +150℃ 儲存溫度： 65℃ ~+150℃ 引線焊接溫 度： +300℃ 推薦工作狀態 本科畢業設計說明書（論文） 第 19 頁 共 33 頁 推薦工作狀態 如表 所示。 開關電源輸入 部分 設計 EMI 濾波 綜合體積、成本等方面的考慮， 本設計中選用圖 所示的濾波器 。 圖 開關電源輸入部分 高頻變壓器設計 變壓器 選擇 (1) 并聯式結構 該電路是 變 電路最基本的拓撲結構，后續所有的 變 壓電路都是從該電路演化過來的。 缺點：由于變壓器存在漏感，將在原邊形成很大電壓尖峰，可能擊穿開關器件。這種電路結構通常使用在 1kW 以上超大功率開關電源電路中。12V。 5V 輸出 本科畢業設計說明書（論文） 第 25 頁 共 33 頁 首先要確定次級電壓 V’S， V’S由三部分組成，對于大電流、低電壓輸出的變換器，考慮電壓 VS降低時仍然有正常的電壓 VO輸出，因此輸出電壓應定為 。5V 輸出電路，可得 UI=20V。5V 輸出 二極管反向額定電壓： 51SOD R in yPyNVV V DND? ? ? ? ? () 在雙極性輸出電路中， /2/y ON SD T T? 可得， ON OFFTT? 。12V 輸出 時， IDRms≈ 。 結合推挽變壓器及 PWM 控制器 (電流型 )，本設計可選用 LC 濾波電路。12V 輸出 002 % 0 .2 4U U V? ? ?， 根據公式 求得 C。5V、 177。其中 R10的 大小決定著輸出電流的極限值。開關電源所具有的效率高、體積小、重量輕等顯著特點為其自身的發展提供了廣闊的空間。感謝李宇老師和牛綠原老師在設計中的指導。 感謝我的父母對我的養育之恩及所有家人無私的支持與鼓勵，是他們給了我強大的精神動力與物質后盾，使我能夠全力以赴地完成學業。本文所設計的 SG3524 的應用只是構成開關電源的一個特例，目前新型開關電源技術發展迅速，如單片開關電源及采用了表面安裝技術（ SMT）和表面安裝元器件（ SMD）的開關電源模塊，電源的性能和可靠性均得到了很大的提高，為儀器儀表、通信設備、計算機和家電產品的發展打下了良好的基礎。 L1()為濾波電感器，C10(200μf)為濾波電容器。 以 +5V 輸出為例： 管腳 6 和管腳 7 對地分別接有 R8(2KΩ)和 C7() ， 由式 可計算出其振蕩頻率約為 30kHz。 當 K=0 時， 根據公式 求得臨界連續條件下的臨界電感 LG= μH。5V 輸出 對推挽變換器而言， 將 CO視為理想電容器 ： 1 6 1 6 OLs O s OIIC f V f V????? () △ UO=(1%~2%)UO，取 △ UO =2%UO=。 開關電源變壓器部分 本設計 中 的開關電源變壓 器部分如圖 所示 。 (2) 177。12V 時， 11 122 OSPIUNNUD? ? ? ? ? 匝。由于變壓器次級漏感的原因，有效導通時間不可能達到 50%工作周期 ，即在每半周次級電流從建立到滿值都要經過延時，占空比要小于 ，一般設為 ，兩管為 。輸入 功 率 50Oi PPW???。 采用推挽式變換器，其缺點是存在直流偏磁現象，導致壓降、驅動開關時間不同等，可能導致磁芯飽和。 (4) 推挽（變壓器中心抽頭） 這種電路結構的特點是：對稱性結構，脈沖變壓器原邊是兩個對稱線圈，兩只開關管接成對稱關系，輪流通斷。 缺點：電路功能單一，輸出功率比較大時開關管需要承受很大的脈沖電流。 EMI 濾波 輸入整流濾 波 反 饋網絡 降壓、給PWM 控制芯片供電 保護電 路 輸出整流濾波 變 換 器 SG3524 芯片 驅動 地 地 保護抑制 輸出 Vin(DC) Vout(DC) 220V 50Hz 本科畢業設計說明書（論文） 第 21 頁 共 33 頁 輸入有效電流 ： 0min cosRMS PI u??? () 其中， PO=35W， min 180uV? ， 設電源效率 70%?? ， 取開關的功率因數 cos ?? ，則 ? 。100