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开关稳压电源的系统设计SG3525
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5.1±1%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28V~37V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。
系统设计
方案论证
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。
图1.1.2 原理方框图
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。
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。
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
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。
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。
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。
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
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。
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。
系统测试
稳压电源
(1)输出电压可调范围
接上18Ω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27V~37V。
(2)电压调整率
调节变压器使输出电压在15V~21V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/V 15 18 21 输出电压/V Uo1=29.5 30 Uo2=31 输出电压/V Uo11=35 36 Uo22=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
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