畢業設計-基于sg3524芯片開關電源設計(更新版)

　　

【正文】 mA 參考輸出電壓 VREF V 參考輸出電流 IREF 0 20 mA 震蕩頻率范圍 fOSC 400 kHz 振蕩器定時電阻 RT 150 KΩ 振蕩器定時電容 CT μF 工作溫度 TA 0 +70 ℃ 參考輸出電壓 VREF V 本科畢業設計說明書（論文） 第 20 頁 共 33 頁 7 SG3524 芯片開關電源設計 控制方式不限，輸入電壓 AC180~250V，輸出電壓 DC177。因觸發器有二分頻作用，故開關頻率 f’=f/2 。 SG3524 芯片引腳功能說明見表 。第 5 腳依次是限流比較器檢測端。 (4) 負載調整率典型值為 ％ 。采用推挽式變換器時，通過設計更多的二次繞組，能產生多路輸出電壓 (含負壓輸出 )。它同半橋、全橋變換器一樣，都屬于雙極性變換器。 C1 和 C2 采用薄膜電容器，容量范圍大致是0． 0lμF~0． 47μF，主要用來濾除串模干擾。 圖 電磁干擾濾波 器基本電路 本科畢業設計說明書（論文） 第 13 頁 共 33 頁 該五端器件有兩個輸入端，兩個輸出端和一個接地端，使用時外殼應接通大地。 電磁干擾濾波器的設計 電磁干擾濾波器設計原則 本科畢業設計說明書（論文） 第 12 頁 共 33 頁 電磁干擾濾波器的設計與選擇，應根據干擾源的特性、頻率范圍、電壓、阻抗等參數及負載特性的要求綜合考慮，通常要考慮以下幾方面的問題： (1) 要求電磁干擾濾波器在相應工作頻段范圍內，能滿足負載要求的衰減特性，若一種濾波器衰減量不能滿足要求的時候，則可采用多級聯，可以獲得比單級更高的衰減，不同的濾波器級聯，可以獲得在寬頻帶內良好的衰減特性。 開關電源電磁干擾（ EMI）的特點 開關電源功率變換器中的功率半導體器件的開關頻率通常較高，功率開關器件在高頻下的通、斷過程中不可避免地要產生強大的電磁干擾。若 RL開路，即輸出電流為零，電容 C 無放電通路，一直保持最大充電電壓；若RL很小，放電時間常數很小，輸出電壓幾乎與沒有濾波時一樣。經過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數，改善了直流電壓的質量。 u2負 半周時， 電流流向圖如圖 所示。因為電感中電流脈沖的幅值與負載電流的平均值是成比例的，這樣電感的相位延遲就不存在了 [3]。 與電壓型控制相比 ,電流型控制的優勢 (1) 對輸入電壓變化的響應快 。誤差放大器和 PWM 比較器形成閉環調節系統。開關周期和脈沖寬度都不固定，均可調節。輸出電路是將高頻變壓器次級方波電壓經過高頻整流濾波電路整流成單向脈動直流，并將其平滑成設計要求的低紋波直流電壓，供給負載使用。 ④ 輸出整流濾波器。電路形式靈活 多樣，有自激式和他激式，有調寬型和調頻型，有單端式和雙端式等等，設計者可以發揮各種類型電路的特長，設計出能滿足不同應用場合的開關穩壓電源。從開關穩壓電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調節的，輸入信號電壓的變化可以通過調頻或調寬來進行補償。 開關電源的特點 開關電源的優點 (1) 功耗小，效率高。隨著全球對能源問題的越來越重視，電子產品的耗能問題將愈來愈突出，如何降低其待機功耗，提高供電效率成為一個急待解決的問題。 (2) 體積小，重量輕。此外，改變占空比的方法有脈寬調制型 和頻率調制型兩種。 開關電源的基本工作原理 開關電源的組成部分 開關電源就是采用功率半導體器件作為開關 元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比來調整輸出電壓。其中， PWM 調制器為開關電源的核心。 (2) 脈沖頻率調制 (Pulse Frequency Modulation， 簡稱 PFM，即脈頻調制 )式：其特點是脈沖寬度為恒定值，通過調節開關頻率來改變占空比，實現穩壓目的。 脈寬調制器的基本原理 脈寬調制式開關電源的工作原理如圖 所示。 [2] 圖 脈寬調制式開關電源的工作原理 本科畢業設計說明書（論文） 第 5 頁 共 33 頁 2 開關電源控制的選擇 開關電源有兩種控制類型，一種是電壓控制 (Voltage Mode Control)； 另一種是電流控制 (Current Mode Control)。對于電壓型控制 ， 檢測電路對輸入電壓的變化沒有直接的反應 ， 要等到電壓發生較大的變化后 ,才會進行處理 ， 所以響應速度慢。 整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導電性。 輸出平均電壓： πO L 2 2 201 2 22 s in d 0 . 9π πV V V t t V V??? ? ? ?? () 流過負載的平均電流： 222 2 0 .9LLLVVI RR??? () 本科畢業設計說明書（論文） 第 9 頁 共 33 頁 流過二極管的平均電流： 222 0 .4 52LDLLI V VI RR?? ? ? () 二極管所承受的最大反向電壓 [4]： max 22RVV? () 電容 濾波電路 整流電路將交流電變成脈動直流電 ， 但其中含有大量的交流成分 (稱為紋波電壓 )。在忽略二極管正向壓降后，充電時，充電時間常數 D2R C? ?充 電 ， 其中 RD為二極管的正向導通電阻，其值非常小，充電電壓 UC與上升的正弦電壓 U2一致， 2ocu u u?? ， 當 UC 充到 U2的最大值時， U2 開始下降，且下降速率逐漸加快。將它插入在交流電網中與電源之間，相當于這二者的 EMI 噪聲之間加上一個阻斷屏障 ， 這樣一個簡單的無源濾波器起到了雙向抑制噪聲的作用，從而在各種電子設備中獲得廣泛的應用。 (3) 印制電路板布線不當也是引起電磁干擾的主要原因。 (4) 電磁干擾濾 波器必須具有一定耐壓能力，要根據電源和干擾源的額定電壓來選擇濾波器，使它具有足夠高的額定電壓，以保證在所有預期工作的條件下都能可靠地工作，能夠經受輸入瞬時高壓的沖擊。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導磁率的鐵氧體磁環上。為減少漏電流，電容器量不宜超過 。 其典型電路結構如圖 所示。 本科畢業設計說明書（論文） 第 15 頁 共 33 頁 6 PWM 控制芯片 SG3524 SG3524 為雙端輸出式 PWM 控制器 ， 其屬于雙閉環控制系統，由電壓控制環河電流控制環組成 ， 屬于數字、模 擬混合型集成電路。 (7) 工作溫度為 10℃ ～ +85℃ 。第 9 腳為誤差放大器的頻率補償端。 本科畢業設計說明書（論文） 第 17 頁 共 33 頁 圖 SG3524 內部組成原理 穩壓器與基準電壓源實質上是一個小功率串聯調整式穩壓器，輸出電壓為 +5V， 向芯片內各單元供電，也對外提供基準電壓，最大輸出電流為 20mA。當電源出現異常或出于某種需要，在第 10 腳加大于 的電壓，就能使關斷電路中的晶體管飽和，所拉成低電平使 PWM 輸出高電平， VA、 VB 因沒有輸入脈沖而截止。 開關電源設計 整體思路 結合設計要求，整理出的大致設計思路如圖 所示。 開關電源輸入部分 本設計的開關電源輸入部分如圖 所示。 缺點：開關管關斷時，變壓器容易磁飽和，需要加上磁通復位電路。 (5) 全橋式 這種電路結構的特點是：由四只相同的開關管接成電橋結構驅動脈沖變壓器原邊 。 本科畢業設計說明書（論文） 第 23 頁 共 33 頁 變壓器設計參數選擇 設工作頻率 為 。考慮低壓輸入 /輸出、變壓器真空浸漬以及有較好的傳熱特點，熱阻值范圍為 ~20℃ /W，選取低值Rth=18℃ /W。5SSNNV V???匝 () 最低輸入電壓： m in 28 28 ? ? ? ? 初級繞組匝數： m in 20PS NNV V???匝 () 177。即，推挽變換器的周期。 (3) 對推挽變換器而言，流過二級管的電流有效值 ： 01 1 0 .7 0 72D R m s OI D I I? ? ? () 177。12V 輸出。 ? ?? ?? ?01141 S insPD D K NLVf K I N??? ? ?? () 當 K=0時，求得臨界連續條件下的臨界電感 LG，其中 fs 為 工作開關頻率 ，為 25kHz，可求得， 保證電感電流連續的最小電感量為 。 其中 C 起到濾除高頻開關電流紋波，降低輸出紋波電壓的作用。 R11(1kΩ)、 R12(1kΩ)是內部 VTA、 VTB 的負載電阻器，推挽式功率輸出電路由 VT VT2組成。 各元件封裝選擇如下，無極性電容 ，有極性電容 ，電阻 ，二極管 ，整流橋 D44。蘇老師嚴謹的治學態度、高度的責任心、崇高的品格、淵博的知識以及豐富的實踐經驗都使我受