基于SG3525的DC／DC直流變換器的研究

取EEl6磁心，它的中心磁鐵截面積(Ae)19．2mm2，磁心的窗口面積(Aw)為39．85mm2，因此EEl6的功率容量為Ae×Aw=19．2×39．85mm4=0．0765cm4，而計(jì)算面積乘積AP=O．029cm4，它明顯小于上面的功率容量的乘積0．0765，可見采用EEl6磁心時(shí)，其功率容量已足夠大。繞組匝數(shù)計(jì)算如下：先確定最低電壓繞組的匝數(shù)

取偶數(shù)N1=34，其中開關(guān)管最大導(dǎo)通時(shí)間Tcn=9μs，控制器輸出頻率f=45kHZ。按照原邊34匝，副邊8匝繞制變壓器，在變壓器的繞制過程中，為了減少變壓器的漏感，要將原邊繞組和副邊繞組緊密耦合。
2．2 控制及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
采用SG3525集成PWM控制器作為控制芯片，它的外圍電路簡(jiǎn)單。電路中的鋸齒波生成電路由RT、CT和內(nèi)部電路組成，本設(shè)計(jì)取CT=4700pF，RT=3．3kΩ，RD=100Ω，經(jīng)計(jì)算振蕩器輸出頻率是90kHz，PWM輸出頻率定為45kHz。軟啟動(dòng)電容接入端(引腳8)接一個(gè)lμF的軟啟動(dòng)電容。只有軟啟動(dòng)電容充電使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。
系統(tǒng)中的基準(zhǔn)比較調(diào)節(jié)電路則由基準(zhǔn)引腳Vref、同相輸入端及外圍電阻構(gòu)成。2腳的電壓固定值接近5V。SG3525的l、2、9腳及其外圍電路構(gòu)成了PI調(diào)節(jié)器，它的輸出與5腳鋸齒波和軟啟動(dòng)電容一起可控制PWM控制器以產(chǎn)生方波。它的輸出級(jí)ll、14腳輸出兩路互補(bǔ)的PWM波，采用圖騰柱式結(jié)構(gòu)，灌拉電流能力超過200mA，可以直接驅(qū)動(dòng)MOSFET管，只需加一門級(jí)電阻即可。在本設(shè)計(jì)選用的是IR公司生產(chǎn)的IRF630。其具體設(shè)計(jì)電路如原理圖中所示。
2．3 反饋補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)
為了確保輸出的穩(wěn)定，在+5V上引入反饋，采用2．5～36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL43l作為穩(wěn)壓器件。TL43l是德州儀器公司生產(chǎn)的一款有良好熱穩(wěn)定性的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓可用兩個(gè)電阻任意設(shè)置到Vref(2．5V)到36V范圍內(nèi)。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0．2Ω。用它來構(gòu)成外部誤差放大器，再與光耦組成隔離式反饋電路。為了將連續(xù)變化的輸出迅速反饋，需采用線性光耦，如PC817。PC817不僅可以起到反饋?zhàn)饔茫€可以起到隔離作用，當(dāng)PC817二極管正向電流在3mA左右變化時(shí)，三極管的集一射極電流在4mA左右變化，而集一射極電壓在很寬的范圍內(nèi)線性變化，因而比較符合SG3525的控制要求。
當(dāng)+5V輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)R27、R28分壓后得到的取樣電壓，就與TL43l中的2．5V帶隙基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并在陰極上形成誤差電壓，使LED的工作電流發(fā)生變化，再通過光耦PC817去改變SG3525 1腳的電壓大小，從而改變9腳電流大小，最后調(diào)節(jié)，再通過光耦PC817使反饋電壓增大，SG3525的1腳輸入端電壓升高，經(jīng)SG3525內(nèi)部電路后ll、14的輸出占空比減小，使+5V維持穩(wěn)定。
2．4 輸出電路設(shè)計(jì)
在負(fù)載電流相同的條件下，全波和倍流整流電路中二極管的總通態(tài)損耗比全橋整流電路小一半，這就意味著在輸出電壓相同，且其它損耗相當(dāng)?shù)那闆r下，全波和倍流整流電路的效率會(huì)較高。在低壓輸入電路中，二極管通態(tài)損耗占電路總損耗很大比例，通常在輸入電壓較低的情況下(小于100V)采用全波電路比較合適，因此本設(shè)計(jì)采用整流器件MBR20100，其管壓降小，可提高效率，二極管兩端采用RC吸收電路，抑制二極管的反向瞬態(tài)電壓，高頻電壓經(jīng)其整流后由濾波電容C13濾波，再經(jīng)磁珠L(zhǎng)1組成低通濾波器向負(fù)載輸出，C14可降低交流紋波。輸出電路設(shè)計(jì)如原理圖所示。

3 實(shí)驗(yàn)波形和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
圖4是滿載時(shí)輸出波形，從圖中可以看出，滿載時(shí)+5V。輸出比較穩(wěn)定且紋波比較小。圖5是直流輸入30V、滿載輸出時(shí)MOSFET漏一源極電壓波形(衰減lO倍后)，可以看出此時(shí)占空比最大約為45%。

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)中記錄了不同負(fù)載下的輸出電壓值和不同輸入下輸出電壓值如表1和表2所示。

從表1和表2可以看出，隨著負(fù)載的加重，輸出電壓有小量的降低，隨著輸入電壓的增加輸出電壓有小量的提升。但都基本維持在5V左右，負(fù)載調(diào)整率為(5．06～4．97)／4．97=1．8％，表明該系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓。

4 結(jié)束語
本文介紹了基于控制集成芯片SG3525的推挽式DC―DC直流變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，特別適用于低壓輸入的場(chǎng)合。整個(gè)系統(tǒng)所占用的PCB板面積很小，可直接做在單板系統(tǒng)上， 為絕大多數(shù)單板系統(tǒng)提供足夠的電能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，成本低廉，而且重量輕、體積小，具有很大的實(shí)用潛力。