一種基于SG3525的推挽變換器.doc

精品論文大全一種基于 sg3525 的推挽變換器張瑞強(qiáng)，尹斌，周巖河海大學(xué)，南京（210098）摘要：本文主要介紹了一種用 sg3525 控制的推挽直流變換器，并給出了主電路、變壓 器的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程、控制回路電路、主要的保護(hù)電路及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。關(guān)鍵詞：sg3525，推挽變換器， 開關(guān)電源-5-引言：sg3525 是美國(guó)硅通用公司設(shè)計(jì)的驅(qū) 動(dòng) mos 管的第二代 ic 芯片，它提供了靈 活的死區(qū)時(shí)間設(shè)置，穩(wěn)定度很高的基準(zhǔn)源， 兩路互補(bǔ)的占空比為 050的 pwm 信 號(hào)，非常適合于半橋、全橋和推挽等雙端 電路的控制，驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)為推挽的跟隨 電路，可以直接驅(qū)動(dòng)主電路的開關(guān)器件， 還提供了各種保護(hù)，如欠電壓，軟啟動(dòng)， 芯片封鎖引腳。推挽直流變換器的主開關(guān)管的電壓應(yīng) 力至少是輸入電壓的兩倍，一般選擇功率 開關(guān)管的耐壓值為輸入電壓的 3.3 倍1 ，變壓器原邊的利用率也不如半橋、全橋那樣高。然而，在低輸入電壓（小于 100v） 時(shí)，推挽電路在任何時(shí)候最多只有一個(gè)開 關(guān)元件工作，對(duì)于相同要求的輸出功率， 開關(guān)損耗小，因而比半橋和全橋電路優(yōu)越 2 。為此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)一個(gè)輸入為 27v， 輸出為 13 v/8a 的開關(guān)電源時(shí)，為獲得較 高的效率和較小的體積，選用了 sg3525 直接驅(qū)動(dòng)的推挽結(jié)構(gòu)電路。1 芯片介紹sg3525 采用精度為 1% 的 5.1 v 帶 隙基準(zhǔn)源，具有很高的溫度穩(wěn)定性和較低 的噪聲等級(jí)，能提供 1-20ma 的電流，可 以作為電路中電壓和電流的給定基準(zhǔn)。振蕩器的振蕩頻率由外接的電阻 rt 和電容 ct 決定，而外接電容同時(shí)還決定 死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短，開關(guān)頻率同 rt 和電容ct 的關(guān)系如下：f =1；tdtt(0.7r + 3r )cft 為時(shí)鐘頻率（ kh z ）； rt 為外 接電阻（ k ）； ct 為外接電容( f )； rd 為引腳 6、7 間跨接的電阻值。sg3525 采用電壓模式控制方法。占空比為 0100，考慮 到死區(qū)時(shí)間，最 大 占空比通常為 9095。其采用分 頻器，可以得到兩路互補(bǔ)的占空比分別為0-50%的 pwm 信號(hào)，考慮到死區(qū)時(shí)間的 存在，最大占空比通常為 45%-47.5%。這 樣的 pwm 信號(hào)適用于半橋、全橋和推挽 等雙端電路的控制。驅(qū)動(dòng)電路為推挽結(jié)構(gòu)的跟隨電路，其 輸出峰值電流可達(dá)到 500ma，可以直接驅(qū) 動(dòng)主電路的開關(guān)器件。欠壓保護(hù)電路對(duì) sg3525 的電源實(shí)施 監(jiān)控。只有當(dāng)電源電壓大于啟動(dòng)電壓（典 型值約為 8v）時(shí)，經(jīng)過(guò)一次軟啟動(dòng)過(guò)程， sg3525 內(nèi)部電路才開始工作。在工作過(guò) 程中，如果電源電壓跌落到保護(hù)值以下（典 型值為 7v），輸出 pwm 信號(hào)被封鎖。只 有當(dāng)電源電壓再次大于啟動(dòng)電壓后，再經(jīng) 過(guò)一次軟啟動(dòng)過(guò)程，sg3525 內(nèi)部電路才 重新開始工作。vin 為27v，經(jīng)過(guò)推挽變壓器降壓、全波整流、lc 濾波后獲得 13v 的輸出，通 過(guò) r1、c3、dz1 提供 sg3525 的工作電壓。 主開關(guān)管的漏源極之間加了 rcd 吸收網(wǎng) 絡(luò)，抑制電壓尖峰。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 1：sg3525 采用了16 封裝,外型如 圖 2 所示。各引腳功能如下:1 腳 in-、2 腳 in+分別為誤差放大器的反相輸入端和 同相輸入端,3 腳為同步輸出端,4 腳為振蕩 器輸出,5 腳 ct、6 腳 rt 分別外接內(nèi)部振 蕩器的時(shí)基電容和電阻,7 腳接放電電阻圖 3 電路原理圖3 變壓器的設(shè)計(jì)變壓器是開關(guān)電源的重要組成部分， 它對(duì)電源的效率和工作可靠性，以及輸出 性能都起著非常重要的作用。（1）磁心傳輸功率額定輸出功率為 p out =13*8w=104w， 假 定效率為 82% ，則 輸入功率 為p in =104/0.82w126.9w。 根據(jù)傳輸功率與鐵氧體磁心尺寸的關(guān)o系，選擇磁芯的型號(hào)是 1-21ei。（2）變壓器的變比在輸入電壓最低時(shí)仍然能夠正常輸u i min dmaxrd,8 腳 ss 為軟啟動(dòng),9 腳 com 為誤差放大器的頻率補(bǔ)償端,10 腳 sd 為關(guān)斷控制端,出，k t 1.1u1.38，取 1.33+ u用于實(shí)現(xiàn)限流控制,11 腳 outa、14 腳 outb 為輸出端,12 腳 gnd 為接地端,13 腳 vcc 接輸出管集電極電源,15 腳 us 接 sg3525 的工作電源,16 腳 vref 為 5.1基 準(zhǔn)電壓引出腳。式中 u i min 為最低直流輸入電壓，20v,d max 是最大占空比，考慮到死區(qū)時(shí) 間，取 0.95u 是副邊電路中的壓降，取 0.5v（3）繞組匝數(shù)2 主電路圖 3 是本電源的主電路原理圖，輸入副邊繞組匝數(shù) n 2u ot s=2bae=5.8 匝，取 6 匝原邊繞組匝數(shù) n 1 = n 2 k t =7.98 匝， 取 8 匝。式中 t s 是工作周期，30us。b 是磁通的最大變換范圍，0.2t。a e 是鐵心磁路有效截面積，1-21ei 磁芯的 a 1.61cm 2 。e（4）繞組導(dǎo)體面積副 邊 繞 組 導(dǎo) 體 截 面 積2成，如圖 4。15 腳和 13 腳分別是 3525 的芯片電源端和驅(qū)動(dòng)電源端，用 18v 穩(wěn)壓二 極管 dz1 和電容 c3 并聯(lián)給其供電，這樣 的供電方式比用 27v 輸入直接給芯片供電 安全、可靠、功耗小。r7、r8、r9、c8 和芯片的 1、2、9 腳構(gòu)成反饋電壓 pi 調(diào)節(jié) 器，通過(guò)電位器 rw1 改變反饋放大器的 給定電壓，能夠細(xì)調(diào)輸出電壓。推挽驅(qū)動(dòng) 輸出端接一個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻和下拉電阻直接驅(qū) 動(dòng) mos 管，下拉電阻防止功率管的靜態(tài)擊穿。a c 2 =i o /j=1mm原邊繞組導(dǎo)體截面積 a c1 = a c 2 /2k t =0.75 mm式中 i o 是輸出電流 8a，j 是電流密度， 取 4a/ mm 2 。用 0.31mm 的線多股并 繞， n 2 =a c 2 /a xp =18.8，取 19，n 1 = a c1 / a xp =14.1， 取 14(5)核算窗口使用系數(shù)k 0 =a cu /a w =0.22式中 a cu 是變壓器所有銅線總的截面2圖 4 控制電路積，a w 是磁心窗口面積，為 1.64cm窗口使用系數(shù)遠(yuǎn)小于 0.4，窗口完全能 夠容的下繞組。（6）核算磁芯飽和 最嚴(yán)重的情況是輸入電壓和占空比最大時(shí)，vdtb= i maxmax s =332mt。n1 ae式中 v i max 為最大輸入電壓，30v。d max 是最大占空比，0.45。332mt 已經(jīng)非常接近鐵氧體100時(shí)的飽和磁通密度，要加入一個(gè) 小的氣隙，在 0.1mm 左右。4 控制電路的設(shè)計(jì)控制電路主要由 3525 及其外圍電路構(gòu)5 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)輸出過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)都是通過(guò)3525 的 10 腳 sd 端來(lái)實(shí)現(xiàn)。輸出端的正 極用一個(gè)穩(wěn)壓管和一個(gè)限流電阻 r14 接到 電阻 r13 上，構(gòu)成過(guò)壓保護(hù)支路。輸入線 路中加一個(gè)互感器，經(jīng)二極管整流后加到 r13 上，構(gòu)成過(guò)流保護(hù)支路。r13 上的電 壓經(jīng) rc 濾波后加到 10 腳上，當(dāng) 10 腳的 電壓大于 0.7v 小于 1.4v 時(shí)，限制占空比， 當(dāng)大于 1.4v 時(shí)，芯片被封鎖，10 腳電壓 去掉后經(jīng)過(guò)一次軟啟動(dòng)后，芯片才能正常 輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。率，推挽形式是優(yōu)先考慮的電路結(jié)構(gòu)。圖 5 過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路8 腳接一個(gè)軟啟動(dòng)電容。27v 的輸入端 反接一個(gè)二極管，防止輸入正負(fù)端接反， 如圖 6。圖 6 電源輸入端電路6 偏磁的抑制推挽變換器存在偏磁現(xiàn)象，偏磁嚴(yán)重 時(shí)會(huì)導(dǎo)致變壓器磁芯單向飽和，致使初級(jí) 繞組瞬間過(guò)流，損壞功率器件。因此要采 取相應(yīng)的偏磁抑制措施來(lái)保證變壓器可靠 地工作，根據(jù)文獻(xiàn)3采取如下的措施。(1) 選擇同一批次的 mosfet 作為功率開關(guān) 器件，因?yàn)?mosfet 不存在反向恢復(fù)時(shí) 間，而且隨著溫度的上升 mosfet 的導(dǎo)通 壓降也隨著增加。這在一定程度上有利于 保持磁平衡。(2)在磁芯中加氣隙，可在一 定程度上避免磁芯的工作磁化曲線向磁滯 回線的轉(zhuǎn)折部分移動(dòng)，使曲線的轉(zhuǎn)折部分 移動(dòng)到更高的磁場(chǎng)強(qiáng)度。(3)在 pcb 的布 線過(guò)程中盡可能保證驅(qū)動(dòng)的對(duì)稱性。7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及小結(jié)輸出 13v/8a 的一些波形。下面的波形 是用數(shù)碼相機(jī)拍攝的。實(shí)際測(cè)得得效率達(dá)到了 85.2。在輸 入電壓比較低的情況下，為獲得較高得效圖 7 功率管 ds 兩端的波形圖 8 原邊電流波形圖 9 功率管的驅(qū)動(dòng)波形參考文獻(xiàn)1 王水平，付敏江。開關(guān)穩(wěn)壓電源m。西安。 西安電子科技大學(xué)出版社，19972 張占松，蔡宣三。開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)m。北京。電子工業(yè)出版社，20053 楊旭，裴云慶,王兆安.開關(guān)電源技術(shù).機(jī)械工 業(yè)出版社,20044 張偉，張東來(lái)，羅勇，盧柱強(qiáng)。推挽電路中 變壓器偏磁機(jī)理及抑制方法的研究j。電力電子技術(shù)，2006 年 10 月第 40 卷第 5 期a push-pull converter based on sg3525zhang ruiqiang, yin bing, zhou yanhohai university, nanjing（210098）abstractthis paper mainly introduced a novel push-pull circuit directly driven by sg3525,and gave theparticular main circui