开关稳压电源的系统设计SG3525.doc

摘 要：系统基于开关电源的工作原理，采用SG3525PWM脉宽控制器实现对Boost升压斩波电路稳压输出。SG3525片内集成有5.1V基准电压源（精度可达到5.11%V）、双门限比较器（与外部的接口电路构成振荡器）、温度补偿电路、过流保护电路、两级差分放大器等。该系统电路主要包括整流滤波电路、Boost升压斩波电路、过流保护电路、稳压反馈电路、PWM控制电路。开关电源输出电压可以实现在28V37V之间平滑调节。为了能使系统获得安全稳定运行的条件，又增加了系统电路保护自锁单元。1. 系统设计1.1. 方案论证1.1.1. 系统总的设计方案方案：用开关电源的控制芯片利用开关电源的控制芯片SG3525来实时调节PWM波的脉冲宽度，保持输出电压的稳定。其大体的模块框图如图1.1.2所示。隔离变压整流滤波SG3525控制芯片BOOST斩波电路过流保护电路稳 压 电 路图1.1.2 原理方框图2. 硬件设计与理论计算方案的硬件部分主要有整流滤波、Boost升压斩波电路、PWM波形调制、过流保护以及数码显示等模块，各个部分的工作原理、设计及计算如下。2.1. 整流滤波电路整流滤波电路是将输入220V、50Hz的交流电压变换成经过滤波后有脉动的直流电压。通常采用容性负载整流电路。如图2.1.1中所示。图2.1.1 整流滤波电路 由设计要求整流输入电压为，可由经验公式计算由于该开关电源的最大输出电流为2A，现设定整流输出电流为。 2.1.1. 二极管整流桥堆选择采用的二极管其最大的整流电流必须大于输出电流的一半即 ，故选用1.5A的集成桥堆来作为整流器件。每个整流二极管的平均电阻近似为，变压器的内阻包括次级线阻和初级损耗可以用经验公式计算：故整流器的内阻约为2.1.2. 滤波电容C的选择整流电路的负载，则。对于容性负载桥式整流电路，当、纹波较小时可以得到。因此滤波电容可以用如下的关系式估算：选取，耐压50V的电解电容即可。2.2. 开关稳压转换电路开关稳压转换电路主要包括SG3525PWM波形控制电路和BOOST斩波电路，以及还有周围的辅助电路，例如过流保护电路，反馈稳压电路等。2.2.1. SG3525PWM波形调制电路其电路原理图如图2.2.1所示。图2.2.1 SG3525PWM波形控制电路在2.2.1图PWM波形控制电路中，其开关频率有管脚1与9相连接相当于该芯片的反馈补偿网络，2脚接基准电压和开关稳压输出端取出的取样电压作为设定值。8管脚接一个电容的作用是用来软启动减少功率开关管的冲击。管脚11和14才用的是并联单端输出，其外部加一个推挽式的驱动电路，增强了电源的可靠性。2.2.2. Boost斩波电路Boost斩波电路变换器又称为并联开关变换器，电路图如图2.2.2所示。 图2.2.2 Boost斩波电路变换电路处于通态时，电压向电感充电，电流恒定为，电容向负载供电，输出电压恒定。设通态的时间为，此阶段L上积蓄的能量为。处于断态时，电压和电感同时向电容充电，并向负载提供能量。设断态的时间为，则此期间电感释放能量为。当电路工作于稳态时，一个周期中电感积蓄能量与释放能量相等：即 化简可得 上式中，输出电压高于输入电压，故称该电路为升压斩波电路。（1）并联开关变换器的效率计算当管导通时，晶体管饱和压降为，在截止期间，二极管压降为输入电流为，在期间流过管，在期间流过，即内部损耗为，这只是考虑晶体管直流损耗时的情况，当考虑晶体管在开关转换期间电压电流重叠期的交流开关损耗时，近似认为交流损耗等于直流损耗，也是即效率可以近似为（2）开关稳压电源输出滤波电容的选择假如输出滤波电容必须在开启的期间供给全部负载电流，设在期间，上的电压降，为所要求的纹波电压由以下公式可得到（3）开关稳压电源储能电感的选择假设忽略电路的内部损耗，根据经验公式可以得到2.2.3. 过流保护电路过流保护电路的实现是通过继电器的吸合、关断实现过流保护的。该继电器的动作电流为。其具体的电路图见附录2图2.2.3所示。2.2.4. 稳压反馈电路稳压反馈电路是根据经典电路设计的。具体的电路图见附录2图2.2.4所示。3. 系统测试3.1. 稳压电源（1）输出电压可调范围接上18的负载，在输出电流最大达到2A的情况下，用数字电压表测出输出电压可调范围27V37V。（2）电压调整率 调节变压器使输出电压在15V21V之间变化，按照下表测量输出电压表3.1.1 电压调整率测量表输入电压/V151821输出电压/VUo1=29.530Uo2=31输出电压/VUo11=3536Uo22=39由以上数据可以直接求出电压调整率，则(或)，为30V（或36V），由电压调整率的公式可以计算得到（3）负载调整率 在输出电压为30V时，空载情况下用数字电压表测出输出电压为30V，满载的情况下测出输出电压为=28V，则负载调整率为在输出电压为36V时，则，负载调整率为（4）效率的计算调整输出电压为30V（或36V），输出电流为满载125mA，即输出功率。用功率表测供电输入总功率，则效率65.8%（5）用示波器测得纹波电压值0.5V。（6）最大输出电流 系统电流超小，不能满足要求，基本在200mA以下。3.2. 测试结果分析由以上的测试数据表明，本设计只是完成了题目所要求的一部分。究其原因，实为我们所学知识有限，再加上在实际设计中的各种突发困难以及数据参数设置的不当，导致无法精确的实现题目的要求。在本系统中存在着很多的不足之处，这些有待改进。比如说要严格按照所计算的数据进行选择元件，还有模拟电路中常常有一些不稳定的因素，所以对于模拟电路的设计要尽量保持元器件的线性度，以便给调试工作带来方便。附录1 主要元器件清单元器件名称数量SG35251片TL4311片LM3581片78051片78121片80501个85501个CMOS 2SK727 7D011片可调电位器2K2个可