一種基于PWM的推挽式開關電源的研究

推挽變換器的高頻變壓器結(jié)構如原理圖1所示，原邊和副邊的繞組都分別有一個中心抽頭。由于輸入電壓最小值為AC176V，所以整流后最小輸入電壓為DC249V。因此，計算磁芯參數(shù)時取變壓器輸入電壓幅值U_p1＝249V，直流輸出電壓5V，二極管壓降取0.6V，所以次級繞組電壓幅值U_p2取5.6V，最大工作比a＝0.45。次級繞組峰值電流I_p1=1A，次級繞組電流有效值=0.69（A），初級繞組峰值電流I_p1＝U_p2/U_p1?I_p2=22.4（mA），初級電流有效值=15(mA)。因此，變壓器的輸出功率=3.7（W），變壓器計算功率=10.5（W），（變壓器效率n取為1，這個效率不包括整流二極管在內(nèi)）。取工作磁感應強度B_m＝170mT，電流密度j取4.8A/，銅在磁心窗口中的占空系數(shù)K_m初選時取0.2-0.3，實際計算取K_m＝0.25，則計算面積乘積為

取EE16磁心，它的中心截面積(A_e)19.2 mm2，磁心的窗口面積(A_w)為39.85 mm2，因此EE16的功率容量為，而計算面積乘積A_p=0.029㎝4，它明顯小于上面的功率容量的乘積0.0765，可見采用EE16磁心時，功率容量已足大。

繞組匝數(shù)計算如下。先確定最低電壓繞組的匝數(shù)＝ 取N2=8，初級繞組匝數(shù)，取偶數(shù)N₁=344，其中開關管最大導通時間T_on＝9us，控制器輸出頻率f=45kHz。按照原邊344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。

2.3交流輸入部分^[4]

系統(tǒng)交流輸入部分由EMI濾波器，浪涌電壓抑制器，整流橋，輸入濾波電容組成。其中交流輸入經(jīng)EMI濾波及浪涌電壓抑制器限制后一路經(jīng)降壓整流產(chǎn)生直流用來給SG3525供電。

2.4控制電路及驅(qū)動電路部分

采用SG3525集成PWM控制器作為控制芯片，它的外圍電路簡單。電路中的鋸齒波形成電路由R_T、C_r和內(nèi)部電路組成，本設計取C_r=4700pF , R_T=3.3kΩ,R_D=100Ω。經(jīng)計算振蕩器輸出頻率是90kHz，PWM輸出頻率定為45kHz。軟啟動電容接入端（引腳8）接一個1uf的軟啟動電容。只有軟啟動電容充電至電壓使引腳8處于高電平時，SG3525才開始工作。它的輸出與5腳鋸齒波和軟啟動電容一起可控制PWM控制器以產(chǎn)生方波。它的輸出級11腳、14腳輸出兩路互補的PWM波，采用圖騰柱式結(jié)構，灌電流拉電流能力超過200mA，可以直接驅(qū)動MOSFET管，只需加一門級電阻即可。本設計選用的是IR公司生產(chǎn)的IRF630。其具體設計電路如原理圖1所示。

2.5反饋補償電路設計

為了確保輸出的穩(wěn)定，在+5V上引入反饋，采用2.5V～36 V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431作為穩(wěn)壓器件。TL431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)分流基準源。它的輸出電壓可用兩個電阻任意設置V_ref(2.5V~36V)。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2Ω。用它來構成外部誤差放大器，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。當輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“光－電－光”的轉(zhuǎn)換。PC817不僅可以起到反饋作用，還可以起到隔離作用，當PC817二極管正向電流在3mA左右變化時，三極管的集射電流在 左右變化，而集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。