1、 课题名称 SG3525脉宽调制高频开关稳压电源设计 湖南工程学院 课 程 设 计 课程名称 电力电子技术 课题名称 SG3525脉宽调制高频开关稳压电源设计 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 赵葵银 2014 年 12 月 22 日 湖南工程 学院 课程设计任务书 课程名称 ： 电力电子技术 题目 ： SG3525 脉宽调制高频开关稳压电源设计 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导老师： 赵葵银 审 批： 任务书下达日期 2014 年 12 月 22 日 设计完成日期 2014 年 12 月 29 日 设计内容与设计要求 一 设计内容： 1 电路功能： 1） 电网工频交流先整流为固定
2、直流，通过功率变换（高频逆变）得到 2050KHz 的高频交流，再经高频整流与滤波，得到所需的直流； 2） 电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：工频整流滤波、功率变换（高频逆变）、高频整流滤波。控制电路主要环节：脉冲发生电路、脉宽调制 PWM、电压电流检测单元、驱动电路。 3） 功率变换电路中的高频开关器件采用 IGBT 或 MOSFET。 4） 系统具有完善的保护 2. 系统总体方案确定 3. 主电路设计与分析 1）确定主电路方案 2）主电路元器件的计算及选型 3）主电路保护环节设计 4. 控制电路设计与分析 1） 检测电路设计 2） 功能单元电路设计 3） 触发电路设计 4） 控制
3、电路参数确定 二 设计要求： 1 用 SG3525 产生脉冲。 2 设计思路清晰，给出整体设计框图； 3 单元电路设计，给出具体设计思路和电路； 4 分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析。 5 绘制总电路图 6 写出设计报告； 主要设计条件 1 设计依据主要参数 1） 输入输出电压：单相（ AC） 220（ 1+15%）、 15V（ DC） 2） 输出电流： 5A 3） 电压调整率： 1% 4） 负载调整率： 1% 5） 效率： 0.8 6）功率因数： 0.8 2. 可提供实验与仿真条件 说明书格式 1 课程设计封面； 2 任务书； 3 说明书目录； 4 设计总体思路，基本
4、原理和框图（总电路图）； 5 单元电路设计（各单元电路图）； 6 故障分析与电路改进、实验及仿真等。 7 总结与体会； 8 附录（完整的总电路图）； 9 参考文献； 11、课程设计成绩评分表 进 度 安 排 第一周星期一 :课 题内容介绍和查找资料； 星期二 :总体电路方案确定 星期三 :主电路设计 星期四 :控制电路设计 星期五 :控制电路设计； 第二周星期一 : 控制电路设计 星期二：电路原理及波形分析、实验调试及仿真等 星期四 五 :写设计报告，打印相关图纸； 星期五下午 :答辩及资料整理 参 考 文 献 1石玉，栗书贤电力电子技术题例与电路设计指导机械工业出版社， 1998. 2王兆安
5、，黄俊电力电子技术（第 4 版）机械工业出版社， 2000. 3浣喜明，姚为正电力电子技术高等教育出版社， 2000. 4莫正康电力电子技术应用（第 3 版）机械工业出版社， 2000. 5郑琼林，耿学文电力电子电路精选机械工业出版社， 1996. 6刘定建，朱丹霞实用晶闸管电路大全机械工业出版社， 1996. 7刘祖润，胡俊达毕业设计指导机械工业出版社， 1995. 8刘星平电力电子技术及电力拖动自动控制系统校内， 1999. 目录 第 1 章 概述 .1 第 2 章 系统总体方案确定 .2 第 3 章 主电路设计 .3 3.1 主电路结构设计 .3 3.2 主电路元器件的计算及选型 .4
6、3.3 主电路保护设计 .7 第 4 章 单元电路设计与分析 .8 4.1 控制电路芯片介绍 .8 4.2 控制功能单元电路设计 .9 4.3 驱动电路的设计 .11 第 5章 总结 .12 附录 评分表 第 1章 概述 开关电源是利用现代 电 力电子技术 ，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由 脉冲宽度调制（ PWM）控制 IC 和 MOSFET 构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。 开关电源技术运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，可以满足各种用电 要求。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算
7、机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源 方式。 电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域 ,在现代的各种电力设备中都得到里广泛的应用。特别是在小型及各种家用电器和电子设备中大量使用了各种 AC DC 转化电路， 其中高频开 关式直流稳压电源由 于具有效率高、体积小、重量轻等突出优点 而得到最为广泛的 应用 。 本 课题是设计 一种 基于 SG3525 PWM 控制芯片为核心构成的 高频 开关电源电路 。 SG3525 芯片能同时满足较好的电气性能和较低的成本 ,因而被广泛用于小功率开关电源 。用其作为 PWM 控制芯片组成的 电路 具
8、有 结构简单 、 体积小、 容 易实现 的特点。 实验表明 由 该 PWM 控制芯片控制的开关电源 的性能可同集成稳压器媲美 ,效率比线性稳压电源高 ,有很好的发展前景 。 电子电源微处理器监控 ， 电源系统内部通信，电源系统智能化技术以及电力电子系统的集成化与封装技术 。总之，开发高功率密度，高效率，高性能，高可靠性以及智能化电源系统仍然是今后开关电源技术的发展方向 。 第 2 章 系统总体方案确定 本课题的任务是基于 SG3525PWM控制芯片为核心构成开关稳压电源 。 整流滤波环节是把从公网上输入的交流电初步转换成直流电，该直流电的电压 U 与公网电压相同，并不符合设计要求。还要再经过逆
9、变和高频整流滤波环节才能用于设备。 交流电的频率与逆变电路中开关管 Q 的导通频率相同，开关管的导通是由 SG3525 PWM 控制芯片决定的。逆变后的高频交流经过由变压器副边线圈、续流二极管和电 容组成的 LCD 电路就可得到所需的直流电。其输出电压的大小由变压器原副边匝比 n、占空比 d 和输入电压 U 来决定。在转化过程中公网中的交流电压不是一成不变的，为了得到稳定的直流电，只能对占空比 d 进行不断的调整。故加入电压检测电路，并把检测结果送入脉宽调制中构成负反馈。 即 主电路采用先整流滤波、后经高频逆变得到高频交流电压，然后由高频变压器降压、在整流滤波的方法，该电源在开环时，它的负载特
10、性较差，只有加入反馈，构成闭环控制后，当外加电源电压或负载变化时，均能自动控 制 PWM 输出信号的占空比， 以维持电源的输 出直流电压在一定的范围内保持不变，达到了稳压的效果。 其 总 设计 框图 如图2-1 所示。 图 2-1 总设计框图 第 3章 主电路设计 3.1 主电路 结构 设计 半桥式开关电源主电路如图 3-1 所示。图中开关管 Q1、 Q2 选用 MOSFET, 因为它是电压驱动全控型器件 ,具有驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快及安全工作区大等优点。半桥式逆变电路一个桥臂由开关管 Q1、 Q2 组成 , 另一个桥臂由电容 C6、 C7 组成。高频变压器初级一端接在 C6、C
11、7 的中点 , 另一端接在 Q1、 Q2 的公共连接端 , Q1、 Q2 中点的电压等于整 流后直流电压的一半 ,开关 Q1、 Q2 交替导通就在变压器的次级形成幅值为 V i/2 的交流方波电压。通过调节开关管的占空比 , 就能改变变压器二次侧整流输出平均电压 V o。 Q1、 Q2 断态时承受的峰电压均为 V i，由于电容的隔直作用，半桥型电路对由于两个开关管导通时间不对称而造成的变压器一次电压的直流分量具有自动平衡作用，因此该电路不容易发生变压器偏磁和直流磁饱和的问题，无须另加隔直电容变压器原边并联的 R2、 C5 组成 RC 吸收电路，用来吸收高频尖峰。在半桥电路中，占空比定义为： D
12、=2ton/Ts 逆变电路采用的电力电 子器件为美国 IR 公司生产的全控型电力MOSFET 管，其型号为 IRFP450,主要参数为：额定电流 16A,额定耐压 500V，通态电阻 0.4。两只 MOSFET 管与 两只电容 C1、 C2 组成一个逆变桥，在两路 PWM 信号的控制下实现了逆变，将直流电压变换为脉宽可调的交流电压，并在桥臂两端输出开关频率约为 26KHz、占空比可调的矩形脉冲电压。然后通过降压、整流、滤波后获得可调的直流电源电压输出。该电源在开环时，它的负载特性较差，只有加入反馈，构成闭环控制后，当外加电源电压或负载变化时，均能自动控制 PWM 输出信号的占空 比，以维持电源
13、的输出直流电压在一定的范围内保持不变，达到了稳压的效果。 图 3-1 开关电源主电路 3.2 主电路元器件的计算及选型 3.2.1 变压器的 选择 1） 原副边电压比 n 电压比计算的原则是电路在最大占空比和最低输入电压的条件下，输出电压能达到要求的上限，公式如下： n ViminDmax/(Vomax V) 式中 V 为电路中的压降，一般取 2V，取 Vimin 130V，代入上式得 n 0.42 。 2） 磁芯的选取及变压器的结构 目前变压器较为简洁常用的设计方法是 Ap 法。可 根据下面公式选取合适的磁芯： AP=AeAW Pt/（ 2f Bk cj） 式中， Ae 为磁芯截面积；Aw 为磁芯的窗口截面积； Pt 为变压器传输的总功率； f 为开关频率；B 为磁芯材料所允许的最大磁通摆幅； kc 为绕组的窗口填充系数 j 为导线的电流密度。在这里有 PT=800（ 1 1/0.85） , 0.85 为效率，里B 取 0.2T， kc 取 0.4， j 一般取 4A/mm2。查有关磁芯手册，查得 EE55
