基于SG3525升压斩波电路的设计.docx

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基于SG3525升压斩波电路的设计

课程设计（论文）任务书

电气与信息工程院（部）

学号

学生姓名

专业（班级）

题目

基于SG3525升压斩波电路的设计

设计

技术

参数

1、输入电压：

交流220V，50Hz

2、中间直流输入电压：

15V

3、最大输出电流：

2A

4、输出电压调节范围：

30V～80V

5、控制芯片SG3525

6、开关频率20kHz

设计

要求

1、熟悉升压斩波电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务；

2、正确设计主电路，画出电路图，分析工作原理，描绘波形图，并进行相关参数的计算及器件的选型；

3、正确设计控制电路，选择控制芯片，并对其工作原理进行分析与说明；

4、按时完成课程设计任务，认真、正确地书写课程设计报告。

工

作

量

1、完成一份设计说明书（15页左右）；

2、绘制系统总接线图（A4）一张。

工作

计划

1、查资料2天

2、总体方案设计2天

3、单元电路设计4天（画原理图，参数计算）

4、撰写设计说明书及答辩2天

参考

资料

[1]王兆安，刘进军.电力电子技术（第五版）[M].机械工业出版社，2009.

[2]张兴，黄海宏.电力电子技术（第二版）[M].科学出版社，2018.

[3]辛伊波，开关电源基础与应用（第二版）[M].西安电子科技大学出版社，2011.

[4]祝龙记.电气工程与自动化控制系统的MATLAB仿真[M].中国矿业大学出版社，2014.

指导教师签字

系主任签字

2020年06月26日

基于SG3525升压斩波电路的设计

摘要

开关电源目前的主要发展方向为高频化方向，与此同时，开关电源小型化也在不断发展，这让开关电源有了更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域范围内的应用，更是推动了开关电源的飞速前进，每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。

其中最常用的为AC-DC和DC-DC两类，而DC-DC变换器已经实现了高度模块化，也拥有了成熟标准的设计技术与生产工艺，得到了广大用户的认可，相比之下AC-DC模块，由于自身特性使得其模块进程不断涌现了较为复杂的技术和工艺制造问题。

另外，开关电源的发展与应用在节约能源与资源及保护环境方面也具有重要意义

介绍了SG3525芯片的内部结构,分析了其特性和工作原理,设计了一款基于SG3525可调占空比的半桥式升压电路，对主电路，控制电路，保护电路和驱动电路进行研究与设计。

以达到要求的电压值。

关键词：

SG3525，升压电路，控制电路，开关电源

1绪论

1.1课题的目的与意义

开关电源的工作原理为:

市电进入电源首先经整流和滤波转为直流电，然后通过开关电路和高频开关变压器转为高频率低压脉冲，再经过整流和滤波电路，最终输出低电压的直流电源。

同时在输出部分有一个电路反馈给控制电路，通过控制PWM占空比以达到输出电压稳定。

本次设计电路目的在于构建基于以SG3525为控制芯片的升压斩波电路，可得到稳定的要求范围内的直流电压。

该电路可衍生成高新技术产品，广泛投入生产生活，为人们带来便利。

1.2的现状及应用

开关电源目前的主要发展方向为高频化方向，与此同时，开关电源小型化也在不断发展，这让开关电源有了更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域范围内的应用，更是推动了开关电源的飞速前进，每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。

其中最常用的为AC-DC和DC-DC两类，而DC-DC变换器已经实现了高度模块化，也拥有了成熟标准的设计技术与生产工艺，得到了广大用户的认可，相比之下AC-DC模块，由于自身特性使得其模块进程不断涌现了较为复杂的技术和工艺制造问题。

另外，开关电源的发展与应用在节约能源与资源及保护环境方面也具有重要意义。

1.3课题的设计内容

通过学习电力电子课程和对SG3525芯片的了解，设计基于S3525的升压斩波电路将输入电压AC220v，50Hz转化为DC30v-80v，2A的输出电压。

通过自身对电路的设计更加深刻了解电力电子课程的应用和完善对控制芯片的应用。

本次设计要求：

1、熟悉升压斩波电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务；

2、正确设计主电路，画出电路图，分析工作原理，描绘波形图，并进行相关参数的计算及器件的选型；

3、正确设计控制电路，选择控制芯片，并对其工作原理进行分析与说明；

4、按时完成课程设计任务，认真、正确地书写课程设计报告

本次设计技术参数：

1、输入电压：

交流220V，50Hz

2、中间直流输入电压：

15V

3、最大输出电流：

2A

4、输出电压调节范围：

30V～80V

5、控制芯片SG3525

6、开关频率20kHz

2基于SG3525升压斩波电路的主电路设计

2.1基于SG3525升压斩波电路系统结构介绍

输入交流电220V、50Hz，通过变压器降压和电桥整流为15V直流电，再通过半桥变换器转化为30V-80V、最大输出电流为2A的直流电和采样电压，通过采样电路反馈给基于SG3525的控制电路再由驱动电路来控制半桥变换器中的两个功率管来控制输出电压和开关频率。

系统结构图如下所示：

图2-1系统结构图

2.2主电路分析

主电路为基于变换器的升压电路。

输入电压经变压器减压，电桥整流后得到中间电压Ud，再经过半桥型开关电源获得目标电压。

主电路图如图2-2所示

图2-2主电路图

2.3主电路参数计算

2.3.1降压整流的计算

变压器两端电压和电桥两端电压关系：

U1/U2=N1/N2,

式中U1=Ui为输入电压，U2为变压器T1右侧两端电压，是经过电桥整流后的电压。

由于需要中间电流为DC15V，且U1=Ui=220V。

依据上式得=15V，可计算出U2=16.5V,N1/N213.4。

2.3.2半桥电路的参数计算

（1）半桥电路输入电压和输出电压的关系

式中，为输出电压，为电路输入电压，D为占空比，n为变压器的变比。

当输入电压为15V，输出电压为30V-80V时，要求D*n为2-5.4。

（2）桥式分压电容的选择

桥式的值可以从初级电流和工作频率计算。

总的最大输出功率为Po=160w。

初级电流则为Id=Po/（Ud/2），工作频率为f，半周期的时间为1/（2f），对于变压器原边来说C1,C2是以并联的方式馈电。

在半周期中，由2个电容器补充电荷的损失，电容器上电压变化为：

。

`

CF为分压电容的数值。

应选取C1=C2=CF。

由于电容器上直流电压的变化

百分数和整流输出电压变化的百分数是相同的，这样输出电压纹波的百分为：

所以为了满足输出电压的纹波百分数，就为：

假设输出电压的纹波在1%以内，设定的工作频率在20kHz左右。

带入公式：

由结果可见，桥式分压电容的数值在几百微法的数量级。

所以选择较为常见

的470uF的电解电容。

（3）串联隔直电容的参数计算

由主电路图可知，耦合电容器C3和电感L折算到原边的电感组成了一个串联谐振电路，谐振频率为：

式中，为二次侧电感折算到一次侧的电感值，为一次侧的匝数，为二次侧的匝数。

以上两式联立可以取得C3为（单位为）：

式中为了让耦合电容器的充电线性，选取谐振频率为0.1fs，即3kHz左

右在保证能滤波的情况下，输出的电感可以选择得较大，假设选择100uH。

带入

C3的式子中得出C3=1.144uF。

也就是说在耦合隔直电容的电容值在1uF左右，

当电感选的再大的时候还可以继续减小电容值

（4）输出滤波电感电容的参数计算

电感：

由于输出电感不允许进入不连续的工作模式，而不连续的工作模式是

从电感的电流下降到零开始，这种情况会在直流电流下降到幅值的一半的时候发

生，所以：

而，从而有：

取Ton为0.8T/2,则：

得:

计算过程中Id为最小得输出电流，这里以经验公式取Id=0.1Io=0.2A。

电容：

输出电容得选择应该满足最大输出纹波要求。

输出纹波几乎完全由滤

波电容的等效串联电阻的大小决定，而不是由电容本身的大小决定。

纹波电压的

峰峰值为：

，其中dl为电感电流的纹波峰峰值。

这里直接根据经验选择20uF的滤波电容。

3控制电路设计

3.1SG3525芯片原理介绍

3.1.1SG3525芯片结构特点介绍

SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力;内部含有:

欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。

SG3525的引脚图如图3-1-1所示。

图3-1SG3525引脚图

SG3525引脚功能介绍如下:

（1）input-（引脚l）:

误差放大器反向输入端。

在闭环中，反馈信号输出到该引脚。

在开环系统中，该引脚与补偿信号引脚9相连，可以构成跟随器。

（2）input+（引脚2）:

误差放大器同向输入端。

在闭环系统与开环系统中，引脚都接基准信号。

根据情况所需，在该引脚与补偿信号输入端之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分或积分等类型的调节器。

（3）同步端（引脚3）:

振荡器同步信号输入端。

引脚接外部同步脉冲信号能够达到与外部电路同步的效果。

（4）振荡输出（引脚4）:

振荡器输出端。

（5）CT（引脚5）:

振荡器定时电容接入端。

（6）RT（引脚6）:

振荡器定时电阻接入端。

（7）放电端（脚7）:

振荡器放电端口。

该引脚与5脚之间外接-只放电电阻，可以构成放电回路。

（8）软启动（脚8）：

软启动电容端。

该引脚通常接2.2uF的软启动电容。

（9）补偿端（引脚9）:

比较器补偿信号输入端口。

在该引脚与2脚间接入不同类型的反馈网络，可以构成比侧、比例积分和积分等类型调节器。

（10）信号锁存端（引脚10）:

外部关断信号输入端口。

该引脚接高电平时，芯片输出会禁止。

该引脚可与保护电路相接，以实现故障保护。

（11）输出A（引脚11）:

输出端口A.该引脚与引脚14是两路互补信号输出端口。

（12）GND（引脚12）:

信号地。

（13）偏置电压端（引脚13）:

输出级偏置电压接入端。

（14）输出B（引脚14）:

输出端口B.该引脚与引脚11是两路互补信号输出端口。

（15）Vcc（引脚15）:

电源输入端。

（16）稳压电源端（引脚16）:

基准电源输出端口。

该引脚能够输出温度稳定性极好的5.1V基准电压。

SG3525有以下特点:

1）内置5.1V±1.0%的基准电压源。

2）芯片内振荡器。

3）具有振荡器外部同步功能。

4）死区时间可调。

为了适应驱动快速场效应管的需要，末级采用推拉式工作电路，使开关速度更快，末级输出或吸入电流最大值可达400mA。

5）内设欠压锁定电路。

当输入电压小于8V时芯片内部锁定，停止工作（基准源及必要电路除外），使消耗电流降至小于2mA。

6）比较器的反相输入端即软启动控制端芯片的引脚8，可外接软启动电容。

该电容器内部的基准电压Uref由恒流源供电。

7）内置PWM（脉宽调制）。

锁存器将比较器送来的所有的跳动和振荡信号消除。

只有在下一个时钟周期才能重新置位，系统的可靠性高。

3.1.2SG3525工作原理

SG3525内部拥有5.1V的基准电压源，调整范围在1.0%以内，在误差允许范围内，不需要外接分压电阻进行分压。

SG3525的同步功能，能够工作在主从模式，也可以与外界系统时钟信号实现同步，该芯片的设计灵活性很大。

在5脚和7脚之间加入一个电阻就可调节死区时间。

SG3525内部集成了软启动电路，所以只需要一个外接定时电容。

SG3525的软启