一种基于 SG3525 的推挽变换器.doc

精品论文大全一种基于 SG3525 的推挽变换器张瑞强，尹斌，周岩河海大学，南京（210098）摘要：本文主要介绍了一种用 SG3525 控制的推挽直流变换器，并给出了主电路、变压 器的详细设计过程、控制回路电路、主要的保护电路及实验结果。关键词：SG3525，推挽变换器， 开关电源-5-引言：SG3525 是美国硅通用公司设计的驱 动 MOS 管的第二代 IC 芯片，它提供了灵 活的死区时间设置，稳定度很高的基准源， 两路互补的占空比为 050的 PWM 信 号，非常适合于半桥、全桥和推挽等双端 电路的控制，驱动电路结构为推挽的跟随 电路，可以直接驱动主电路的开关器件， 还提供了各种保护，如欠电压，软启动， 芯片封锁引脚。推挽直流变换器的主开关管的电压应 力至少是输入电压的两倍，一般选择功率 开关管的耐压值为输入电压的 3.3 倍1 ，变压器原边的利用率也不如半桥、全桥那样高。然而，在低输入电压（小于 100V） 时，推挽电路在任何时候最多只有一个开 关元件工作，对于相同要求的输出功率， 开关损耗小，因而比半桥和全桥电路优越 2 。为此，我们在设计一个输入为 27V， 输出为 13 V/8A 的开关电源时，为获得较 高的效率和较小的体积，选用了 SG3525 直接驱动的推挽结构电路。1 芯片介绍SG3525 采用精度为 ± 1% 的 5.1 V 带 隙基准源，具有很高的温度稳定性和较低 的噪声等级，能提供 1-20mA 的电流，可 以作为电路中电压和电流的给定基准。振荡器的振荡频率由外接的电阻 RT 和电容 CT 决定，而外接电容同时还决定 死区时间的长短，开关频率同 RT 和电容CT 的关系如下：f =1；TDTT(0.7R + 3R )CfT 为时钟频率（ KH Z ）； RT 为外 接电阻（ K ）； CT 为外接电容( µF )； RD 为引脚 6、7 间跨接的电阻值。SG3525 采用电压模式控制方法。占空比为 0100，考虑 到死区时间，最 大 占空比通常为 9095。其采用分 频器，可以得到两路互补的占空比分别为0-50%的 PWM 信号，考虑到死区时间的 存在，最大占空比通常为 45%-47.5%。这 样的 PWM 信号适用于半桥、全桥和推挽 等双端电路的控制。驱动电路为推挽结构的跟随电路，其 输出峰值电流可达到 500mA，可以直接驱 动主电路的开关器件。欠压保护电路对 SG3525 的电源实施 监控。只有当电源电压大于启动电压（典 型值约为 8V）时，经过一次软启动过程， SG3525 内部电路才开始工作。在工作过 程中，如果电源电压跌落到保护值以下（典 型值为 7V），输出 PWM 信号被封锁。只 有当电源电压再次大于启动电压后，再经 过一次软启动过程，SG3525 内部电路才 重新开始工作。VIN 为27V，经过推挽变压器降压、全波整流、LC 滤波后获得 13V 的输出，通 过 R1、C3、DZ1 提供 SG3525 的工作电压。 主开关管的漏源极之间加了 RCD 吸收网 络，抑制电压尖峰。其内部结构框图如图 1：SG3525 采用了16 封装,外型如 图 2 所示。各引脚功能如下:1 脚 IN-、2 脚 IN+分别为误差放大器的反相输入端和 同相输入端,3 脚为同步输出端,4 脚为振荡 器输出,5 脚 CT、6 脚 RT 分别外接内部振 荡器的时基电容和电阻,7 脚接放电电阻图 3 电路原理图3 变压器的设计变压器是开关电源的重要组成部分， 它对电源的效率和工作可靠性，以及输出 性能都起着非常重要的作用。（1）磁心传输功率额定输出功率为 P out =13*8W=104W， 假 定效率为 82% ，则 输入功率 为P in =104/0.82W126.9W。 根据传输功率与铁氧体磁心尺寸的关o系，选择磁芯的型号是 1-21EI。（2）变压器的变比在输入电压最低时仍然能够正常输U i min DmaxRD,8 脚 SS 为软启动,9 脚 COM 为误差放大器的频率补偿端,10 脚 SD 为关断控制端,出，K T 1.1U1.38，取 1.33+ U用于实现限流控制,11 脚 OUTA、14 脚 OUTB 为输出端,12 脚 GND 为接地端,13 脚 VCC 接输出管集电极电源,15 脚 US 接 SG3525 的工作电源,16 脚 Vref 为 5.1基 准电压引出脚。式中 U i min 为最低直流输入电压，20V,D max 是最大占空比，考虑到死区时 间，取 0.95U 是副边电路中的压降，取 0.5V（3）绕组匝数2 主电路图 3 是本电源的主电路原理图，输入副边绕组匝数 N 2U oT s=2BAe=5.8 匝，取 6 匝原边绕组匝数 N 1 = N 2 K T =7.98 匝， 取 8 匝。式中 T s 是工作周期，30us。B 是磁通的最大变换范围，0.2T。A e 是铁心磁路有效截面积，1-21EI 磁芯的 A 1.61cm 2 。e（4）绕组导体面积副 边 绕 组 导 体 截 面 积2成，如图 4。15 脚和 13 脚分别是 3525 的芯片电源端和驱动电源端，用 18V 稳压二 极管 DZ1 和电容 C3 并联给其供电，这样 的供电方式比用 27V 输入直接给芯片供电 安全、可靠、功耗小。R7、R8、R9、C8 和芯片的 1、2、9 脚构成反馈电压 PI 调节 器，通过电位器 RW1 改变反馈放大器的 给定电压，能够细调输出电压。推挽驱动 输出端接一个驱动电阻和下拉电阻直接驱 动 MOS 管，下拉电阻防止功率管的静态击穿。A c 2 =I o /J=1mm原边绕组导体截面积 A c1 = A c 2 /2K T =0.75 mm式中 I o 是输出电流 8A，J 是电流密度， 取 4A/ mm 2 。用 0.31mm 的线多股并 绕， n 2 =A c 2 /A xp =18.8，取 19，n 1 = A c1 / A xp =14.1， 取 14(5)核算窗口使用系数K 0 =A cu /A w =0.22式中 A cu 是变压器所有铜线总的截面2图 4 控制电路积，A w 是磁心窗口面积，为 1.64cm窗口使用系数远小于 0.4，窗口完全能 够容的下绕组。（6）核算磁芯饱和 最严重的情况是输入电压和占空比最大时，VDTB= i maxmax s =332mT。N1 Ae式中 V i max 为最大输入电压，30V。D max 是最大占空比，0.45。332mT 已经非常接近铁氧体100时的饱和磁通密度，要加入一个 小的气隙，在 0.1mm 左右。4 控制电路的设计控制电路主要由 3525 及其外围电路构5 保护电路的设计输出过压保护和过流保护都是通过3525 的 10 脚 SD 端来实现。输出端的正 极用一个稳压管和一个限流电阻 R14 接到 电阻 R13 上，构成过压保护支路。输入线 路中加一个互感器，经二极管整流后加到 R13 上，构成过流保护支路。R13 上的电 压经 RC 滤波后加到 10 脚上，当 10 脚的 电压大于 0.7V 小于 1.4V 时，限制占空比， 当大于 1.4V 时，芯片被封锁，10 脚电压 去掉后经过一次软启动后，芯片才能正常 输出驱动信号。率，推挽形式是优先考虑的电路结构。图 5 过压过流保护电路8 脚接一个软启动电容。27V 的输入端 反接一个二极管，防止输入正负端接反， 如图 6。图 6 电源输入端电路6 偏磁的抑制推挽变换器存在偏磁现象，偏磁严重 时会导致变压器磁芯单向饱和，致使初级 绕组瞬间过流，损坏功率器件。因此要采 取相应的偏磁抑制措施来保证变压器可靠 地工作，根据文献3采取如下的措施。(1) 选择同一批次的 MOSFET 作为功率开关 器件，因为 MOSFET 不存在反向恢复时 间，而且随着温度的上升 MOSFET 的导通 压降也随着增加。这在一定程度上有利于 保持磁平衡。(2)在磁芯中加气隙，可在一 定程度上避免磁芯的工作磁化曲线向磁滞 回线的转折部分移动，使曲线的转折部分 移动到更高的磁场强度。(3)在 PCB 的布 线过程中尽可能保证驱动的对称性。7 实验结果及小结输出 13V/8A 的一些波形。下面的波形 是用数码相机拍摄的。实际测得得效率达到了 85.2。在输 入电压比较低的情况下，为获得较高得效图 7 功率管 DS 两端的波形图 8 原边电流波形图 9 功率管的驱动波形参考文献1 王水平，付敏江。开关稳压电源M。西安。 西安电子科技大学出版社，19972 张占松，蔡宣三。开关电源的原理与设计M。北京。电子工业出版社，20053 杨旭，裴云庆,王兆安.开关电源技术.机械工 业出版社,20044 张伟，张东来，罗勇，卢柱强。推挽电路中 变压器偏磁机理及抑制方法的研究J。电力电子技术，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 circuit, transformer design process, control circuit, dominating protection circuit, and the result of experimentKeywords: SG3525, Push-pull converter, switch power supply作者简介：张瑞强，（1982），山西平定人，男，硕士研究生，研究方向为开关电源。