基于SG3525的降压斩波电路设计(共50页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上 摘 要开关电源就是利用现代电力电子技术，控制开关管开通与关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC以及MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，开关电源技术也在不断地更新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。本次设计的开关电源为最基本的DC-DC斩波电路，运用SG3525为控制芯片，Buck电路为主电路，输入30V-36V直流电压，输出10伏直流电压，输出电流为0.5安培。此类开关电源简易，方便，廉价。在路灯系统，地铁灯，工矿灯等方面有较为广泛的应用。关键词：SG3525；DC-DC；降压斩波；开关电源。专心-专注-专业AbstractThe switching power supply is a kind of power to use modern electronics, control switch and turn off time ratio maintaining a stable output voltage of the power supply. Generally, switching power supply is made of the pulse width modulation (PWM) control IC and MOSFET. With the development of the power electronics technology and innovation, the switching power supply technology are constantly update more quickly. The switching power supply, in a small, lightweight and high efficiency characteristics, are widely used in almost all electronic devices, which is an indispensable power mode in the rapid development of electronic information industry,. The design of the switching power supply is a kind of the basic DC-DC converter circuit, which using SG3525 as the control chip. The main circuit is Buck circuit, with input 30V-36V DC voltage , output 10V DC and output current is 0.5 amps. Such switching power supply is simple, convenient and inexpensive, which widely used in street lighting system, subway lights, mining lamps and so on.Keywords: SG3525; DC-DC; buck chopper; Switching Power Supply.目录.1 绪论1.1 前言现代电力电子技术在当今社会的飞速发展，确定了电力电子相关设备在人们的日常工作、生活中的地位，然而可靠的供电电源也是电子设备所需的，20世纪80年代，计算机电源基本实现了电源化，计算机的电源更新换代基本完成，20世纪90年代，开关电源开始进入电子、电器等各类设备领域，如通讯、交换机等关键设备电源以及控制设备电源等，电源在各领域的广泛应用，也促进了开关电源技术的飞速发展。与线性电源相比之下，随着输出功率的增大，二者的成本都会相应的提高，只是两者的增加速率不同。在某一输出功率点上，一般情况下线性电源的成本反而要高于前者。电力电子技术的发展现状也不断促进了电源技术地不断更新换代，这一技术的着重点也开始慢慢向低输出电力端移动，开关电源也因此有了广泛的发展空间。开关电源现在的主要发展方向高频化方向，开关电源小型化也随之发展起来，并且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上的应用，极大的带动了高新技术产业的轻便化与小型化的发展。此外开关电源在安防，能源、保护环境等方面也有极大的应用价值。开关电源作为一高新技术，其产品在工业液晶显示器，自动化控制、科研设备、军工设备、电力设备、LED照明、视听产品，工控设备、通讯设备、LED灯具，仪器仪表、LED灯袋，医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，通讯设备，安防监控，电脑机箱，数码产品等仪器类等领域有广泛应用。1.2 工作原理开关电源的工作原理也容易理解，线性电源其实就是让开关管子工作在线性模式状态下，有所不同的是，PWM开关电源1就是让开关管子交替工作在导通与关断这两种状态下，在这两种情况下，加在开关管子上的功率（伏-安乘积）是很小的，基本上不会对电路有什么影响，功率半导体器件上所产生的损耗其实也就是功率器件上的伏安乘积。两者相比较，开关电源最主要的工作过程就是通过“斩波”，那什么叫斩波，那就是把输入直流电压分成与输入电压等幅值的一系列脉冲电压来实现这一功能。开关电源的主控制器据可依用来调节脉冲的占空比。当输入直流电压被斩成交流方波的时候，我们就可以通过变压器来升高或降低输出电压。输出的电压值就通过增加变压器二次绕组数来提高。最后输出方波电压经过各类滤波电路来达到输出直流电压。保持稳定的输出电压就是控制芯片的主要用途，它的工作过程与一般线性主控器比较相似。换句话说控制芯片的电压参考以及功能模块与误差放大器，都能够设计成线性调节器。它们的不同之处在于，在误差放大器的输出信号在驱动功率开关管子之前都需要经过一个脉宽转换电路来转换信号。正激式变换和升压式变换是一般开关电源最主要的两种工作方式：。尽管它们各部分的电路布置差别不是很大，但是他们的工作过程却相差很大，在特定的应用场合下也各有其优缺点。除此之外，还有一些其他的电路形式，比如：反激式，全桥式，半桥式，推挽式。这些电路形式的工作原理大都是相同或相近的。降压斩波电路是直直变换器中一种最基本的变换电路，当开关器件导通的时候，电源会给电路负载供电，同时给电容充电，当开关器件被关断的时候，电感与续流二极管构成续流回路，负载的供电有充电电容来持续供电，在开关器件重复通断过程中，配合电容来持续给电路负载供电，电容上的存储电能越多，输出电压就越高，月接近电源，也就是说，开关器件控制脉冲的占空比越大，负载端电压就越大，月是会接近电源电压，但是最终不会达到电源电压，因为电路都会有一些损耗，不会达到百分之百的转换率。前级电压在电路后级通过电感电容形成滤波电路，最后输出屁话的直流电压。与降压斩波电路相对的就是升压斩波电路，也是最常用的一种电路拓扑结构。电路中电源一直都是给复制供电的，所以负载上的输出电压只可能大于电源电压，故事升压线路。当开关器件导通时，电源给负载持续供电，同时也给电容及电感充电。当开关器件被关断时，电源依旧持续给负载供电，与此同时，充电电容与电感也会给负载，所以电容与电感存储的电能越多，输出电压就越大，换句话说，就是开关器件的控制脉冲占空比越大，输出电压就越大。传统的斩波电路除了升压与降压以外，还有组合形式的升-降压斩波电路，以及sepic电路、cuk电路、正激电路、反激电路。这些电路都是利用一些储能元件来储存能量来达到改变输出的效果，最常用的储能元件有：电感、电容、高频变压器，不同的元件效果都不同。1.3 发展方向及前景开关电源的高频化是其一重要的发展方向，伴随着开关电源小型化的发展，开关电源也进入了更为广泛的应用领域中大显身手，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。最常用的开关电源分为AC转DC和DC转DC两类别，其中DC-DC变换器现已经实现了高度模块化，其也已近有了成熟以及标准的设计技术与生产工艺，并得到了广大用户的认可，相比之下AC-DC模块，因其自身特性使得在模块化的进程中，较为复杂的技术和工艺制造问题也是不断涌现。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都具有重要的意义。、和、为最常用的电力电子器件。还需提到的是，在开关电源输入整流电路与软启动电路中，有少量应用，传统驱动比较困难，开关频率也较低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。由于开关电源小、轻、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商在同步开发新型高智能化的元器件方面都十分下功夫，特别是在减小二次整流器件损耗这方面下很大功夫，尤其是在功率铁氧体材料上加大了技术革新，以提高其在高频率下的磁性能，同时在较大磁通密度下获得良好的磁性能，另外小型电容器的发展也得到了重点发展。开关电源所取得的成就在很大程度上得益于SMT技术的应用。使用电路板的两面，为保证其轻、小、薄。开关电源高频化就必然对传统PWM开关技术进行创新，实现各类器件的软开关技术已变成开关电源的主流技术，开关电源的工作效率也大幅度提高。对于提高性能指标，美国的开关电源生产商一般都会通过降低电流，降低结温等一系列措施以减少器件的应力，使产品的可靠性有了大大的提高。开关电源如今发展方向为高度模块化，模块化电源就是组成分布式电源系统的主要部分，可设成N+1系统，形成并联方式的容量扩展。开关电源运行的时候会很大，若一味的追求高频化，噪声也会增大，如果采用部分谐振转换电路技术的话，理论上不但能实现高频化同时也能降低一定的噪声，但是这一计划素技术实际应用还存在技术问题，一领域还有待发展，以使得该项技术得以实用化。各类电力电子器件的不断创新，促进了开关电源的发展。我国开关电源产业的发展要想突飞猛进，必须技术革新，走中国特色的发展之路。1.4 设计任务与基本参数1.4.1 任务（1）.明白降压斩波电路在各领域的应用情况，熟悉常规斩波电源的电力电子主电路拓扑结构和工作原理；（2）完成10V降压斩波电路的方案论证，设计10V降压斩波电路的主电路、保护电路以及控制电路，给出各部分电路的详细设计过程和电路参数；（3）.掌握SG3525的工作原理和使用方法，利用SG3525设计电源控制电路，并给出控制电路原理图和电路参数；（4）.完成10V开关电源实验，斩波电源输出满足一定的技术指标要求；（5）.完整的电子版论文，论文要求符合邵阳学院本科毕业设计要求。1.4.2 设计基本参数（1）.输入直流电压：24V。（2）.开关频率：40KHz。（3）.输出电压：10V。（4）.输出电流：0.5A。(5).输出功率5W。（6）. 输出纹波小于4%。扩展部分设计数据如下：（7）.增加过流保护，动作电流设为0.75A。（8）.具有负载过压保护，动作电压设为15V。1.5 设计进度安排 利用三周时间查阅与设计相关的各类资料，阅读各类文献，熟悉设计的设计要求。利用一周时间熟悉开关电源的工作原理。利用一周时间熟悉MOSFET和MOSFET驱动器的工作原理。利用三周时间来完成主电路、驱动电路以及保护电路的设计与参数计算和检测。利用三周时间撰写和整理毕业设计（论文）。利用一周时间准备、进行答辩。2 系统方案论证2.1 系统方案论证由本次降压斩波电路的主电路、控制电路、保护电路、反馈电路设计出降压斩波电路的系统总体框图如图2.1所示。图2.1 系统总体框图2.2 各模块方案论证2.2.1 控制电路方案论证方案一：利用单片机2中央处理器来控制是一种处理器，就是采用把能够处理数据的CPU、I/O口、RAM和、/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、电路、模拟多路、等电路）集成到一块硅片上组成一个小巧但十分完善的，这种微型计算机被广泛应用于工业控制领域。从20世纪80年代开始，单片机就从4位、8位，一直发展到如今的高达300M的单片机。传统的单片机是最基本的控制芯片，可以解决我们一般的控制问题，比如：键盘、显示、点阵显示器的设计，继电器实验，步进电机的控制。基本时钟的控制等等都可以用它来实现。采用单片机控制都具有经济实惠，成本低，控制比较直接简单等优点。但是相对的有利就有弊。用单片机制作的主控板一般都会受到布局结构、制版工艺、器件质量等因素影响导致系统抗干扰能力较差，不易扩展，故障率高，开发周期长。采用单片机制作的主电路控制板一般要经过长时间的实践使用才能形成一个真正的产品。方案二：利用DSP3控制芯片来控制一般而言，数字信号处理系统就是利用数值计算对signal进行加工的理论和技术，也就是digital signal processing，也叫DSP。而且DSP也是digital signal processor的缩写，即DSP，它就是一种吧专用计算机集成的芯片，也就一枚硬币的大小。某些时候，数字信号处理也是一门应用技术，叫DSP应用技术。数字信号控制器具有低功耗，低成本，高性能的处理能力。外部通信接口十分强大，能够十分方便的构成大的控制系统等。在一个指令周期内处理器可单独完成一次乘法与加法；程序与数据空间分开，可同时访问指令和数据；片内具有快速随机存储器，在两块间同时访问一般是通过独立的数据总线来连接的；硬件能够支持低开销或无开销循环；快速的中断处理能力和硬件I/O支持；单周期内能够操作多个硬件地址产生器；多个操作可一同执行；允许流水线操作，这样可是的译码、取指、与执行等相关操作能够重叠执行。但是DSP控制器的编程过程较为复杂，内部控制器比较多，相对的设置各存储器也比较繁琐，所以在这我没也过多的考虑。方案三：采用SG35254控制芯片来控制SG3525是电流型控制器件，能产生PWM波，电流型脉宽调制器就是以反馈电流为基准来调节信号占空比的。在误差放大器的输入端直接用电感线圈侧的电流信号信号和误差放大器的基准信号相比，调节占空比让电感电流跟随误差电压一同变化。因为在结构上有电流环和电压环双闭环，所以，无论开关电源电压调整率还是负载调整率以及瞬态响应特性都有提高，是目前较为理想的新型控制器件。目前这一类的控制芯片也有很多，设计者可以根据自身设计的标准来选择相应的控制芯片。同一类型的芯片还有SG3524，相比之下，前者的功能更加全面一点，比如在软启动方面，3525的软启动性能比3524的软启动性能要好，这就保证了芯片的工作状态能够更好。SG3525内部原理图如图2.2所示。图2.2 SG3525内部原理图从芯片的内部的原理图我们可以看出内部包含了误差放大器，稳压源，比较器，输出放大电路等基本的模拟电路。SG3525引脚图如图2.3所示。图2.3 SG3525引脚图所有的3525芯片都包含了这16个引脚，我们可以根据不同的外围电路来改变这些引脚的输出功能。SG3525引脚功能介绍如下：（1）.input-(引脚1)：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(引脚7)：振荡器放电端口。该引脚与5脚之间外接一只放电电阻，可以构成放电回路。 （8）.软启动(引脚8)：软启动电容端。该引脚通常接一2.2uF 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，可以构成比例、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。该引脚能够输出一温度稳定性极好的5.1V基准电压。 芯片特点如下： （1）工作电压范围宽：835V。 （2）5.1（11.0%）微调基准电源。 （3）振荡器振荡频率输出范围：100Hz400KHz。 （4）能够实现振荡器外部同步功能。 （5）死区时间可调。 （6）内置软启动电路。 （7）具有欠压锁定功能。 （8）具有信号琐存功能，禁止多脉冲输出。 （9）逐个脉冲关断。 （10）具有双路互补输出。SG3525工作原理如下：3525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。3525的同步功能，能够工作在主从模式，也可以与外部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的软启动接入端（引脚8）上通常接一个2.2uF的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因而与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使其无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525才会开始工作。由于实际中，基准电压通常接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也会变长，因此输出晶体管导通时间将最终变短，从而使得输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。 欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。此外，3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM琐存器才被复位。相比于3524，前者的软启动性能要更优越，同时，外围电路也十分简单，功能比较容易实现，占空比调节比较方便，频率可调。价格比较合理，符合现今降低成本的理念。综合以上，我选择方案三，利用SG3525来做控制芯片。2.2.2 主电路方案论证方案一：采用Cuk斩波5电路Cuk电路即Cuk。美国提出的对升-降压电路的改进，也就是我们通常所说的单管非隔离直流变换器，这种电路的输入与输出端都有电感，可以显著的降低输入以及输出电流的脉动，减小输出信号波动性，电路输出电压的极性与输入电压的极性都是相反的，输出电压不但可以低于输入电压也可以高于输入电压。这种变换器其实就是利用升压变换器与降压变换器一同串联形成的，电路合并了开关管。Cuk斩波电路原理图如图2.4所示。图2.4 Cuk电路原理图该电路为典型应用电路，在一般情况下，我们都以这种电路结构为主电路结构，参数设置不变。组电路的拓扑结构的选择是很重要的，我们要根据实际情况来选择我们自己所需要的结构开关管V的控制方式为PWM控制方式。Cuk变换器有两种工作方式，分别是CCM和DCM，但这并不是指电感电流，而是指流过二极管的电流是否连续。在一个开关周期内，同时在管子截止时间Ts内，若二极管电流总大于零，则为电流连续；若二极管电流在一段时间内慢慢降为零，则称之为电流断续工作模式；若二极管电流在t=Ts时刚好变为零，则称之为临界连续工作模式。电路工作与哪一种种模式下就是根据线路的断续来决定的。电路中的两个电感之间可以没有耦合，同时又可以拥有耦合，耦合电感可以进一步的降低电流脉动量。输出电压与输入电压的关系式如式2.1所示。 U0=tontoffE=ton T- tonE （2.1）这种斩波电路的输入电源电流和输出负载电流都是连续的，并且脉动也非常的小，有利于对输入、输出电压进行滤波。这样输出的直流电压就十分平滑，不会出现过多的毛刺。方案二：Sepic斩波电路SEPIC斩波电路就是一种输出电压能够大于，也可以小于或者等于输入电压的一种直-直变换电路。属于斩波电路的一种。输出电压由功率开关管的占空比即导通时间来控制。Sepic电路最大好处就是输入直流信号与输出直流信号是同极性的。特别适用于电池供电的各类场合，电池电压可以高于或者小于所需要的输入电压。比如一块电池的电压为3V- 4.2V，如果负载需要3.3V的电压，那么这种电路就可以实现这种转换。实现也十分方便。还有一个好处那就是输入直流信号与输出直流信号的隔离，这个是由主电路上的电容C1实现的。同时电路还具有完全关断的功能，当管子关闭的时候，输出电压就为0V。升-降压斩波电路的基本原理如下：当开关管子处于导通状态的时候，电源经管子向L供电，电感开始贮存能量，此时电流为i1，方向如图所示。与此同时，电容C开始放电维持输出电压基本稳定并向负载供电。此后，控制管子关断，L中贮存的能量开始向负载释放，电流为i2。该电路中，电源电流是连续的但是负载电流的输出形式却是脉冲波形，因为更这样有利于整个电路的输出滤波器的设计；输出电压都是正极性的，输入与输出的关系是相同的。Sepic斩波电路原理图如图2.5所示。图2.5 Sepic斩波电路原理图该斩波电路也是开关电源六种基本直流直流变换拓扑结构之一。只是在实际使用过程中的使用度不是很高。Sepic升降压斩波电路的基本工作原理如下：当管子导通时，EL1V回路以及C1VL2两个回路同时导通，两个电感同时贮能。当管子断开时，EL1C1VDC2和R回路以及L2VDR回路同时导通，这时候电源和电感既向负载供电，同时也向电容C1充电，电容贮存的能量在管子处于导通状态时向L2转移。Sepic斩波电路输入电压与输出电压的关系如式2.2所示。 U0=tontoffE=ton T- tonE=1-E （2.2）Sepic斩波电路中负载电流和流经电源的电流都工作在电流连续工作模式，这样的工作方式更有利于输入直流信号与输出直流信号的滤波，使的输出直流电压更加的平滑。输出纹波电压值越小。方案三：正激电路什么是正激变换器？在变压器原边导通的时候副边同时也感应出对应电压输出到负载端的电路形式就叫正激电路,电路的能量通直接通过变压器传递.按规格又能够分为常规正激电路,其中包含单管正激,双管正激。半桥、桥式电路这些都归为正激电路.正激电路原理如图2.6所示。 图2.6 正激电路原理图 图中V为功率开关管，当功率开关管开通后,变压器绕组N1端电压极性分别为上正下负,与其耦合的变压器绕组N2的端电压极性也与其相同，也是上正下负.所以VD1处于导通状态,VD2处于断开状态,与此同时，电感上的电流也会逐步增长。知道其限制条件的到来。开关管关断后,电感就会通过VD2来形成续流回路,VD1这时候会关断.开关管子关断后变压器的励磁电流会由N3绕组以及VD3回流,因此管子关断后所承受的电压变为基本会变为零。什么叫变压器的磁心复位？开关管子开通后,变压器激磁电流会随着时间的增加从零线性增长,一直增长到管子关断.变压器的激磁励磁电感过饱和也是问题,要让电流在管子关断后，一直到下次开通的时间内要降低为零,这个过程一般就被是变压器的磁心复位过程。在各种直-直变换电路结构中，正激变换电路拓补结构十分简单，输入与输出的各类电气量是隔离的，这种电路电压升降的范围宽，这样十分方便构成多路输出。所以被广泛应用于中小功率电源变换器，特别是在计算机系统供电电源要求输出直流电压低或者在大电流的通讯中，正激电路更加具有明显的优势。但是在开关管子关断期间内，高频变压器必须要达到磁芯复位，这样就可以避免变压器磁芯过饱和的问题发生，所以电路必须要设置专门的复位电路来初始化电路。也正是由于这种技术的多样性，还有软开关技术的快速发展，才使得正激电路拓补结构越来越多样化，越来越有利于被人们所用，所发展。随着此类技术的不断发展，又出现了各种各样的正激电路拓补结构，此类不拓补结构已达到了二十余种。本毕业论文详细阐述了正激电路拓补结构的分类，结构比较以及它们的应用场合，并且也进一步分析了软开关技术在正激电路中的应用。正激电路输出电压与输出电压的关系如式2.3所示。 U0=N2N1tonTUi （2.3）正激电路的成本一般比较低，输出直流信号纹波电压值非常小，对mos管耐压值得要求比较高,当变压器的初级绕组被直流电压激励的时候，变压器的次级线圈开始持续向负载提供供电电压与电流，输出电压保持基本稳定，此时尽管输出功率会不停地变化，但是输出电压的幅度会基本保持不变，从这可以看出该变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性是比较好的；只有当开关管子处于关断期间的时候，负载上的能量就能够由储能电感和储能电容两者同时提供，此时输出电压虽然受到负载电流的影响，但如果储能电容的容量取得比较大，负载电流对输出电压的影响也很小。输出的纹波电压值也会很小。这种变压器的负载能力相对其他的来说来说比较强的，输出电压的纹波电压值也比较小，这是因为变换器一般都是选取变压器输出电压的一周取平均值，因此储能电感在控制开关开通和关断期间都会持续向负载提供输出，。如果要求变压器输出电压有较大的调整率的话，在电路正常带负载的情况下，控制开关管子的控制信号占空比一般选取在0.5左右，或者稍微大于0.5，此时流过电路的电流才会是连续的电流。因为当流过储能滤波电感上的电流为连续电流的情况下时，电路带负载能力相对来说都是比较强的。如果想提高功率的话，那就必须选取好的功率器件，设计好电路的主电路结构。方案四：反激电路使用反激高频变压器来隔离输入与输出回路的电反激式开关电路，与之相对应的电路有正激式开关电路。与正激电路不同的是，反激电路中的变压器是起着储能元件的作用，其实它就是一对相互耦合的电感。反激电路与其它电路一样，也可以根据流过续流二极管上的电流来确认电路工作在电流断续模式和电流连续模式两种模式。当开关管子在导通状态下，输出变压器用来充当电感，将电能转化为磁能，输出回路无电流的模式就叫“反激”；相反的，当开关管子在断开状态下，变压器开始释放能量， 磁能转化为电能，输出回路中有电流。在这种开关电源中，变压器在完成自身变压工作的同时也扮演了储能电感的角色，电源体积整体偏小、结构简单，被广泛应用与各领域，其中应用的最多的就是单端反激式开关电源。反激电路原理图如图2.7所示。图2.7 反激电路原理图单端反激式变换器主要用在250W以下的电路中，其中的变压器既有变压器的作用,也有储能电感的作用。其有两种工作方式：一是完全能量转换方式，即电感电流断续工作模式；二是不完全能量转换方式，即电感电流连续工作模式。  当Tr 导通时，电源电流流过变压器的原边，i1增加，其变化为 di1dt=VsL1而副边由于二极管的作用，i2为0，变压器的磁心磁感应强度增加，变压器储能，当Tr关断时，原边电流将迅速降为0，副边电流i2在反激作用下迅速增大到最大值，然后将开始线性减小，其变化为di2dt=V0L2，此时原边由于开关管的关断，为0，变压器磁心磁感应强度会减小，变压器放能。反激电路输出电压与输入电压的关系如式2.4所示。 U0=N2N1tontoffUi （2.4）反激式变换器大多是适用200W以下的小功率供电，而小功率电子产品，在日常应用中较为普及。开关管截止时，向次级输送能量，电路简单、元件数量少、成本相对低、输出电路中虽然用到滤波电感，但要求却不高（一般采用定值取值，而不必进行计算）。反激电路在适应当今社会各类领域的供电问题上还是比较能担当大任的，在用途最广泛的路灯系统中有很大的比例。反激式电源因其结构简单，省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感，而在中小功率电源中得到广泛应用。有些介绍中讲到反激式电源的功率只能做到几十瓦， 输出功率超过100瓦就没优势，实现起来有难度。本人认为一般情况下是这样的，但也不能一概而论，TI 公司的TOP芯片就可做到 300 瓦，有文章介绍反 激电源可做到上千瓦，但没见过实物。输出功率大小与输出电压高低有关。需要在这里特别指出：由于反激电源的特点也比较适合设计成高压电源，而高压电源变压器一般工作在断续模式，本人理解为由于高压电源输出需采用高耐压的整 流二极管。由于制造工艺的特点，高反压二极管，反向恢复时间长，速度低，在电流连续状态中，二极管是有正向偏压时恢复，反向恢复时的能量损耗非常大，不利于变换器性能的提高，轻则降低转换效率，整流管严重发热，重则甚至烧毁整流管。由于在断续模式下，二极管是在零偏压情况下反向偏置，损耗可降到一个比较低 的水平。所以高压电源工作在断续模式，并且工作频率不能太高。还有一类反激式电源工作在临界状态，一般这类电源工作在调频模式，或调频调宽双模式，一些低成本的自激电源（RCC）常采用这种形式，为保证输出稳定，变 压器工作频率随着输出电流或输入电压而改变，接近满载时变压器始终保持在连续和断续之间，这种电源只适合于小功率输出，否则电磁兼容特性的处理很让人 头痛。 反激式开关电源变压器应工作于连续模式，那就要求有比较大的绕组电感量，当然连续也是有一定程度的，过分追求绝对连续是不现实的，可能需要很大的磁芯， 非常多的线圈匝数，同时伴随着较大的漏感和分布电容，可能会得不偿失。那么如何确定这个参数呢，经过多次实践，及分析同行的设计，本人认为，在标称电压输入时，输出会达到50%-60%，变压器从断续过渡到连续状态会比较合适。或者在最高输入电压状态时，满载输出时，变压器能过渡到连续状态就可以了。一般而言，100W以内的开关电源通常都采用单端反激式拓补结构，超过100W300W的开关电源通常会采用正激式或半桥式，300W以上电源通常都用全桥式。反激电路优点：元器件较少，电路简单，成本低，体积较小，可同时输出多路互相隔离的电压。反激电路缺点：开关管承受电压过高，输出变压器利用较率低，不适合作大功率电源， EMI比较大。方案五：BUCK降压斩波电路BUCK电路是一种降压斩波电路，降压斩波变换器输出电压平均值Uo总是小于输出电压UD，通常电感中的电流是否连续，也取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。 一般的BUCK变换器输出的直流电压都不稳定，容易受到负载以及外界信号的干扰，当加入PID控制器的时候，实现闭环控制时，可以通过电路采样环节来得到PWM控制波形，再与基准电压进行比较，通过PID控制器得到反馈信号后，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现BUCK电路闭环PID控制系统。在一个周期内电容的充电电荷量高于放电电荷量时，电容的电压会有所升高，导致后面周期内得充电电荷减小、放电电荷增加，使得电容电压上升速度减慢，这种过程延续直至达到充放电的平衡，此时电压就会维持不变；与之相反的，如果一个周期内的放电电荷高于充电电荷，会导致后面周期内充电电荷的增加、放电电荷的减小，使电容上的电压值下降，这种过程将会延续到充放电得平衡，最终会维持输出电压值不变才达到平衡。BUCK电路基本原理图如图2.8所示。图2.8 BUCK电路原理图降压斩波电路就是利用开关器件的开通与关断来实现给后续电路供电的一种变换电路，电路结构形式比较简单，开关器件控制也比较方便，芯片外围控制电路的设计十分简单、明了。电路运行可靠性比较高。所以在低电压的降压斩波电路中应用的比较广泛，也正是因为其电路的结构简单，易懂，所以很容易被大多数人用于一些基本的电源主电路机构。在实际设计电路的时候我们可以十分简单的就理解电路的工作原理，但是我们在设计参数的时候也必须通过计算来取得数值。综上所述，本设计是一个比较基本的降压斩波电路设计，设计的电压不是很高，属于低压斩波电路。Cuk斩波电路电路结构比较繁琐，要求高一点，不合适。Sepic电路适用于升降压电路，正激和反激电路中要使用到高频变压器，适用于比较高功率的开关电源。相比之下，传统的降压斩波电路结构比较简单，可靠性高，很符合本本次设计的要求，顾我选择方案五，利用降压斩波电路作为本次设计的主电路。2.2.3 反馈和保护电路论证 反馈部分设计就采用了电阻分压来分出一路电压来防窥到主控芯片的反馈端来与基准值进行比较，从而控制输出占空比的大小，进而控制输出电压达到预期值。负载过压保护的处理相对就复杂一点。需要用到一个外接比较器，比较器同相端接到负载端，反相端接到一个基准电压上，输出端接控制芯片10端，当负载端电压达到一定的值，比较器输出Uom抬高10端电位，从而使10端上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程，从而实现过压保护。当电力电子电路运行不正常或者发生故障时