【文章內(nèi)容簡介】 峰脈沖和噪聲干擾。 基本關系 假設開關管 Q1 或 Q2 的導通時間為 TON, 那么占空比D=TON/(TS/2),在電感電流連續(xù)時輸出電壓和輸入的電壓存在以下關系： V0/Vi=(NS1/NP1)*D (21) 加上開關管 Q1 和 Q2 上的壓降為： VQ1=VQ2=2Vi (22) 加上二極管 D3， D4 上的電壓為： VD3=VD4=VQ1=2Vi (23) 加上二極管 D1， D2 上的電壓為： VD1=VD2=2*(NP1/NP2)Vi (24) 電感電流 IL0 的平 均值就是負載電流 I0，由于開關管 Q1 和 Q2 12 是輪流截止和導通的，所以 IL0 的脈動頻率就是開關頻率的兩倍通過整流二極管 D1 和 D2 的最電流為： ID1max=ID2max=I0+1/2△ IL0 (25) 電感電流的脈動量△ IL0 為： △ IL0=[(NP2Vi/NP2V0)/NP1]/L0*DTS/2 (26) 所以： ID1=ID2=I0=[(NP2*Vi/NP2V0)/(4L0*fs)]GD (27) 經(jīng)過分析可以得到變壓器初級繞組的電流最大值為： IPmax=NP2/NP1{I0+[(NP2Vi/NP1V0)/4L0*fs]*GD} (28) 流過變壓器初級繞組的最大電流最大值 IPmax 和流過開關管電流最大值相同，開關管的反并聯(lián)二極管 D3， D4 不流過經(jīng)過負載上的電流，只流過鐵芯復位時的磁化產(chǎn)生的電流 。 13 第 3 章 方案選擇和設計思路 設計指標 本次設計輸入的電壓是直流電壓 20V 到 28V 之間，輸出有三路，且電路中需要設置有保護電路。 具體的要求如下： 1. 輸入電壓： DC20V28V 2. 輸出： 15V/1A,+12V/1A,12V/1A 3. 頻率： 50khz 4. 效率： 80%以上 5. 最大 TON:45% 14 6. 電壓穩(wěn)定度：輸出電壓精確度 % 方案設計思路 設計出合理開關電源電路圖，首先得選擇好合理的主電路拓撲結構，開關電源的拓撲結構一般有反激，推挽，半橋等結構 [1]。為了滿足設計指標，使輸出功率最少要有 30W,且滿足三路輸出，經(jīng)過分析，反激，推挽等許多拓撲都能夠達到指標。為了簡化電路，使電路盡 可能的簡單且能滿足指標，本次設計選擇了推挽作為設計的主電路。 控制電路使采用芯片 SG3525 控制 MOS 管，并且采用 TL431 采樣電壓。 PC817 和 TL431 它們構成反饋電路 ,可以很好地檢測輸出電壓的波動，并且將波動情況傳輸給芯片 SG3525，芯片 SG3525 立即做出反應，調(diào)節(jié)輸出方波的占空比，從而調(diào)節(jié) MOS 管的導通和截止時間，這樣使得輸出電壓穩(wěn)定。 由于設計指標中需要設置保護電路，本次設計在電路中設置了過壓保護和欠壓保護。主要是通過兩個 LM358 來控制芯片 SG3525的工作狀態(tài)。當輸入電壓小于設置的基準電 壓，或者大于設置的基準電壓， LM358 都會輸出一個高電平，該高電平連芯片 SG3525 的10 管腳，高電平立即讓芯片 SG3525 停止工作，于是整個電路也就停止工作。 概括來說總電路主要包括主電路和控制電路。主電路主要是推挽拓撲，保證了電路的電壓輸入和輸出部分的結構 [16]。推完逆變器在本次電路中作為主電路作用很重要，設計時候不能出現(xiàn)錯誤，其具體功能和使用將在下面詳細介紹?？刂齐娐肥怯?SG3525 ，TL431， PC817 等主要芯片組成，控制電路包含了開關電源電路中所需要的驅(qū)動電路，反饋電路和保護電路?？刂齐娐芬埠?重要，它保 15 證了輸出電壓的穩(wěn)定和整個電路的安全使用。如圖 為設計的總體框架。 圖 31 電路總體框架圖 第 4 章 元器件的選擇和參數(shù)計算 控制芯片 SG3525 芯片 SG3525 在我們生活使用的電子產(chǎn)品中使用的比較廣泛，應為其性能穩(wěn)定而且廉價，經(jīng)濟實惠。 SG3525 是采樣輸出的電流，作為反饋調(diào)節(jié)的信號，因此也被稱為電流型脈寬調(diào)制器 .從輸出電路采樣的電流經(jīng)過 TL431 和光耦合器 PC817 然后和芯片 SG3525 的 9管腳（補償管腳）相接通，光耦合器的輸出信號，經(jīng)過芯 片 SG3525內(nèi)部電路，調(diào)節(jié) SG3525 芯片的輸出，即調(diào)整了占空比的大小，達到反饋的目的。同樣 SG3525 也是驅(qū)動 MOS 管的主要器件。芯片SG3525 也存在許多缺點，它本身對高頻的噪聲衰減比較慢，所以高頻率的噪聲對其擾動比較大，而且 SG3525 控制的精確度并不高。 16 SG3525 引腳功能及特點簡介 其引腳圖如圖下： 圖 41 SG3525 的引腳圖 1 引腳 1：管腳 1 誤差放大器的反相輸入端， 2：誤差放大器同向輸入端。 3：同步信號和振蕩器相連接的輸入端。 引腳 3 在外面和脈沖相連接，能夠使振蕩器發(fā)出波形與外部接入的波形相同。 【 15】 4：振蕩器輸出端。 5： 振蕩器定時電容接入端。 6：接入電阻可以調(diào)節(jié)震蕩的時間。 7 引腳 7：振蕩器釋放電能的引腳。 8：軟啟動電容接入端。外面接一個電容，其電壓由參考管腳 16 管腳供給 9 引腳 9： PWM 比較器補償信號輸入端。該管腳比較復雜，內(nèi)接誤差放大器的反相輸入端，和其他的結構構成反饋系統(tǒng) 10 引腳 10：外部關斷信號輸入端。當 10 管腳接正電壓時，芯片 17 就會不工作，這個管腳的作用就是可以強制切斷 電源輸出，保護電路以免受損害。 11：輸出端 A。輸出矩形波 12：信號地。 13：接入電源 Vin。 14：輸出端，輸出矩形波，和 11 管腳的矩形波互補 15：偏置電源接入端。 16 引腳 16： 16 管腳是基準電源輸出，為 。 （ 1）讓其正常運行的電壓大小為： 8— 35V。（ 2）參考電壓是 （ 3）振蕩器的運行頻率大小是： 100Hz172?！?400KHz. （ 4）具有振蕩器外 部同步功能。（ 5）死區(qū)時間可調(diào)。（ 6）內(nèi)置軟啟動電路。（ 7）具有輸入欠電壓鎖定功能。（ 8）具有 PWM 瑣存功能，禁止多脈沖。 【 2】 （ 9）逐個脈沖關斷。（ 10）雙路輸出（灌電流 /拉電流） mA(峰值 )。 18 SG3525 的內(nèi)部結構圖及工作原理 圖 41 SG3525 的內(nèi)部圖 如 圖所示，芯片 SG3525 里面有一個 參考電 源，精確度是%。芯片 SG3525 也具 有同 步的 功 能， 能夠 在主 從的 形式 先運行，還能 夠和外 部系統(tǒng) 的時序 信號同 步，這 為設計 者提供 了很大的。 SG3525 控制死區(qū)的方法也很簡單，只需要在 5 管腳和 7 管腳之間加設置一個電阻，可以通過調(diào)整電阻的大小來微調(diào)死區(qū)時間的范圍。 SG3525 里面設置了軟啟動電路，為了使軟啟動正常工作，一般在 8 管腳接一個電容。當剛剛對芯片供電的時候，因為電容的電動勢不能夠快速發(fā)生變化，所以 SG3525 芯片里面的比較器反向輸入端接通的電壓為負值，所以比較器的輸出是正電壓。這個時候，芯片里的 PWM 瑣存 器也會輸出上升沿的波形，該上升沿波形通過圖騰柱結構加載到晶體管上，讓導通管截止。 因此要讓 SG3525 正常運行，必須在 8 管腳上加上正電壓，使 19 其輸入高電平。實際電路的設計中，基準電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當輸出電壓因輸入電壓的升高或負載的變化而升高時誤差放大器的輸出將減小，這將導致 PWM 比較器輸出為正的時間變長， PWM 瑣存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然，外接關斷信號 對輸出級和軟啟動電路都起作用。 [3] 如過 Shutdown（引腳 10）接入的電平是上升沿， PWM 瑣存器會馬上工作，使 SG3525 停止輸出，與此同一時間，與軟啟動相連接的電容會立即開始釋放電能。假如這個上升沿電壓一直存在，與軟啟動連接 的電容 會將充 的電釋 放完， 直到上 升沿電 壓變成 下低電平，又會繼續(xù)剛才的軟啟動過程。需要注意的時， 10 必須在連接適合的電阻后才能和地連接，這樣有效的消除的外界環(huán)境例如噪聲干擾對信號產(chǎn)生影響，從而導致輸出電壓不穩(wěn)定。 SG3525 芯片有欠電壓鎖定的作用，它保護著電路，在輸入電壓過低的情況 下，欠壓鎖定會立即時軟開關停止工作，而且 SG3525 的沒有輸出，在這種情況發(fā)生時，連接軟啟動電容將開始釋放電能。 還有一點，如果芯片 SG3525 受外界環(huán)境干擾而是信號中斷，沒有輸出，此時必須要等待下一周期到來，重啟電路，這樣才能重新輸出穩(wěn)定的電壓。 SG3525 芯片的特點 (1)工作電壓范圍寬： 8～ 35V (2） 內(nèi)置 5． 1 V177。1 ． 0%的基準電壓源。 (3)芯片內(nèi)振蕩器。 (4)具有振蕩器外部同步功能。 20 (5)死區(qū)時間 可以調(diào)整 。 可以利用改變芯片 5 管腳和 7 管腳之間的電阻大小和電容的大小，來調(diào)整 死區(qū)的時間。 (6)內(nèi)設欠壓鎖定電路。當輸入電壓小于 8V 時 ，欠壓電路這樣開始工作，使整個電路切斷。 (7)8 管腳 可 以在外面 接 一個 軟啟動電容 ，這個 電容 內(nèi) 部 的 電壓Uref 由恒流源供電，達到 的時間為 ： t=()C ，占空比由小到大 (50%)變化。 (8)內(nèi)置 PWM(脈寬調(diào)制 )。 鎖存器 將比較器送來的所有的跳動和振蕩信號消除 。只有 在下一 個 時鐘 周期 才 能重新 置位， 系統(tǒng)的 可靠性高。 MOS 管的選型 MOS 管的作用十分重要，本次設計 MOS 管是將 20V28V 的直流電壓變成交流電壓。一般選擇合適的 MOS 管，首先考慮他的耐壓值，耐壓值的大小通常是通過 MOS 管的最大電壓的 倍。而且通過 MOS管的功率 不能超過額定功率，下面通過計算選擇 IRF540 作為本次設計的 MOS 管。 ILpk（ max） =Ion+1/2△ iL（ max） =1A+**1= （ 41） Ids（ max） =ippk=NS*ILpk/NP=9/9*= （ 42） Vds（ max） = Vin（ max） =42V （ 43） 所以選 IRF540 100V 1A 的 MOS 管 線性光耦合器 PC817 21 PC817 是常用的線性光藕，它的作用是將電信號轉換為光信號，再將光信號轉換成電信號。 PC817 工作的精確度高，產(chǎn)生的誤差比較小。光耦合器 PC817 的兩級電路處于分開狀態(tài)，彼此間不會有干擾，這兩個電路的連接開始光源。 PC817 芯片輸入端被輸入電壓時，發(fā)光器會工作，產(chǎn)生光源，光源會照射在另一級的接受光源的器件上，該器件在接受到光源照射的同時，會產(chǎn)生電動勢，而感應出電流，該電流通過芯片的 4 管腳輸出給驅(qū)動芯片 SG3525，從而達到反饋的目的。 普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關信號），不適合傳輸模擬信號。線性光電耦合 器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強弱變化會產(chǎn)生相應的光信號從而使光敏晶體管的導通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同， PC817 光電耦合器不但可以起到反饋作用還可以起到隔離作用 [