基于SG3525的開關(guān)電源設(shè)計

1　引言

　　隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展， 電子設(shè)備的種類與日俱增。任何電子設(shè)備都離不開可靠的供電電源， 對電源供電質(zhì)量的要求也越來越高， 而開關(guān)電源在效率、重量、體積等方面相對于傳統(tǒng)的晶體管線性電源具有顯著優(yōu)勢。正是由于開關(guān)電源的這些特點， 它在新興的電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用， 已逐漸取代了連續(xù)控制式的線性電源。

圖1　功率主電路原理圖

　　2　功率主電路

　　本電源模塊采用半橋式功率逆變電路。如圖1 所示， 三相交流電經(jīng)EM I 濾波器濾波， 大大減少了交流電源輸入的電磁干擾， 同時防止開關(guān)電源產(chǎn)生的諧波串?dāng)_到輸入電源端。再經(jīng)過橋式整流電路、濾波電路變成直流電壓加在P、N 兩點間。P、N 之間接入一個小容量、高耐壓的無感電容， 起到高頻濾波的作用。半橋式功率變換電路與全橋式功率變換電路類似， 只是其中兩個功率開關(guān)器件改由兩個容量相等的電容C1 和C2代替。在實際應(yīng)用中為了提高電容的容量以及耐壓程度， C1 和C2 往往采用由多個等值電容并聯(lián)組成的電容組。C1、C2 的容量選值應(yīng)盡可能大， 以減小輸出電壓的紋波系數(shù)和低頻振蕩。由于對體積和重量的限制， C1和C2 的值不可能無限大， 為使輸出電壓的紋波達(dá)到規(guī)定的要求， 該電容值有一個計算公式 , 即：

　　式中， IL 為輸出負(fù)載電流， V L 為輸出負(fù)載電壓，V M 為輸入交流電壓幅值， f 為輸入交流電頻率， VU為輸出的紋波電壓值。

　　這是一個理論上的計算公式， 得到的滿足要求的電容計算值比較大， 實際取的電容應(yīng)盡量大一些， 由于輸出端電壓較小， 也可以在二次整流濾波時加大電容，這樣折算到該公式的電容值也不小。C1 和C2 在這里實現(xiàn)了靜態(tài)時分壓， 使V A= V in/2。

　　當(dāng)VT1導(dǎo)通、VT2截止時， 輸入電流方向為圖中虛線方向， 向C2 充電， 同時C1通過V T1 放電； 當(dāng)V T 2 導(dǎo)通、V T 1 截止時， 輸入電流方向為圖中實線方向， 向C1 充電， 同時C2 通過V T 2 放電。

　　當(dāng)V T1 導(dǎo)通、V T 2 截止時，V T 2 兩端承受的電壓為輸入直流電壓V in。IGBT 的集- 射極間并接RC 吸收網(wǎng)絡(luò)， 降低開關(guān)管的開關(guān)應(yīng)力， 減小IGBT 關(guān)斷產(chǎn)生的尖峰電壓； 并聯(lián)二極管實現(xiàn)續(xù)流的作用。二次整流采用單相橋式整流電路， 通過后續(xù)的LC 濾波電路， 消除高頻紋波， 減小輸出直流電壓的低頻振蕩。LC 濾波電路中的電容由多個高耐壓、大容量的電容并聯(lián)組成， 以提高電源的可靠性， 使輸出直流電壓更加平穩(wěn)。

　　3　PWM 集成芯片SG3525 的功能特點

　　SG3525 是一款功能齊全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM 芯片。它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案， 適合于各種開關(guān)電源、斬波器的控制。其主要功能包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩器、誤差放大器、PWM 比較器、欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、推拉輸出形式。SG3525 的基本外圍電路接線圖如圖2 所示。該芯片與其它同類型的芯片相比具有許多突出的特點。

圖2　SG3525 的基本外圍接線圖

（1） 頻率可調(diào)， 一般通過改變CT 和R T （見圖2） 的值來調(diào)節(jié)PWM 波的輸出頻率， 其頻率的計算公式為：

　?。?） 死區(qū)時間可調(diào)， 通過調(diào)節(jié)R D 即可改變死區(qū)時間的大小， 防止逆變橋的上下橋臂直通。

　?。?） 具有PWM 脈沖信號封鎖功能， 當(dāng)10 腳電壓高于2. 5V 時， 可及時封鎖脈沖輸出， 防止出現(xiàn)過壓、過流、過熱故障時對電路產(chǎn)生危害。

　?。?） 芯片內(nèi)振蕩器工作頻率為100Hz～ 400kHz。設(shè)有引腳3 為同步端， 為多個SG3525 聯(lián)用提供方便。

　?。?） 具有軟啟動電路， 比較器的反相輸入端即軟啟動控制端芯片的引腳8, 可外接軟啟動電容C。該電容器內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓V ref由恒流源供電， 達(dá)到2. 5V 的時間t= （2.5V /50uA ）C, 占空比由小到大（50% ） 變化。

　?。?） 內(nèi)置PWM （脈寬調(diào)制） 鎖存器將比較器送來的置位信號鎖存， 并將誤差放大器上的噪聲、振鈴及系統(tǒng)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。