电子设备离不开电源，电源供给电子设备所需要的能量，这就决定了电源在电子设备中的重要性。

电源的质量直接影响着电子设备的工作可靠性，所以电子设备对电源的要求日趋增高。

现有的电源主要由线性稳压电源和开关稳压电源两大类组成。

这两类电源由于各自的特点而被广泛应用。

线性稳压电源的优点是稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小。

它的不足之处是要求采用工频变压器和滤波器，它们的重量和体积都很大，并且调整管的功耗较大，是电源的效率大大降低，一般情况均不会超过50%。

但它的优良的输出特性，使其在对电源性能要求较高的场合仍得到广泛的应用。

相对线性稳压电源来说，开关稳压电源的优点更能满足现代电子设备的要求，从20世纪中期开关电源问世以来，由于它的突出优点，使其在计算机、通信、航天、办公和家用电器等方面得到了广泛的应用，大有取代线性稳压电源之势。

本课题是设计一种基于SG3525 PWM控制芯片为核心构成的高频开关电源电路。

关键词：高频开关稳压电源、SG3525、PWM1高频开关稳压电源概述 (1)1.1高频开关稳压电源简介 (1)1.2高频开关稳压电源的发展状况 (2)1.3高频开关稳压电源的基本原理 (3)2设计任务与分析 (4)2.1任务要求 (4)2.2任务分析 (4)3 系统设计方案 (5)3.1系统总体方案设计 (5)3.2功率变换器电路设计 (6)3.2.1全桥功率变换器工作原理 (6)3.2.2全桥功率变换器控制方式 (7)3.3控制电路设计 (8)3.3.1 SG3525结构和功能介绍 (8)3.3.2控制电路的设计 (9)3.4驱动电路设计 (10)3.5辅助电源电路设计 (11)3.6过流检测及保护电路设计 (13)3.6.1电力电子器件的缓冲电路 (13)3.6.2电力电子器件的保护电路 (13)3.7整流器输出电路设计 (15)小结与体会 (16)附录 (18)高频开关稳压电源的设计1 高频开关稳压电源概述1.1 高频开关稳压电源简介电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域,没有它的存在，现代的各种电力设备和给我们生活带来方便的各种电器将不可能实现。

有相当一部分设备和电器是使用直流电的，而接入家庭的是都是交流电，这就需要电源转换成所需的直流电。

各种AC-DC电源中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻等突出优点，而得到了广泛应用。

开关稳压电源的主要优点有：（1）效率高：电源按硬开关模式工作时开关损耗大，高频化可以缩小电源的体积重量，但开关的损耗更大了，为此研究开发出开关电压/电流波形不交叠的技术，即零电压(ZVS) /零电流(ZCS)软开关技术，有效的提高了开关电源的效率。

最近国外小功率AC-DC开关电源模块(48/12V)总效率可达到88%；48/5VAC-DC 开关电源模块的效率可达到92-93%，二十世纪末，国产的50-100A输出，全桥移相ZV-ZCS-PWM开关电源模块的效率超过93%。

（2）可靠性和稳定性较好；（3）体积小、重量轻：例如在九十年代中期30A/48V开关整流器模块采用移相全桥ZVS-PWM技术后，仅重7kg。

比用PWM技术的同类产品，重量下降40%。

（4）对供电电网电压的波动不敏感，在电网电压波动较大的情况下，仍维持较稳定的输出。

高频稳压电源要求高功率密度，外型尺寸小，高效率，高可靠性，高功率因数，以及智能化，低成本，EMI小，分布电源结构等。

现在功率MOSFET和IGBT 己完全取代功率晶体管和中小电流的晶闸管，使开关电源的高频化有了可能：器件的工作频率可达400KHz(AC-DC开关变换器)和1MHz(DC-DC开关变换器)，超快恢复功率二极管和MOSFET同步整流技术的开发，也为研制高效，低电压输出(U<3V)的开关电源创造了条件。

电流型控制及多环控制已得到较普遍应用，电荷控制，一周期控制，数字信号处理器(DSP)控制等技术的开发及相应专用集成控制芯片的研制，使电子电源动态性能有很大提高，电路也有大幅度简化。

电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域，在现代的各种电力设备中都得到里广泛的应用。

特别是在小型及各种家用电器和电子设备中大量使用了各种AC/DC转化电路，其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻等突出优点而得到最为广泛的应用。

1.2 高频开关稳压电源的发展状况（1）高频化开关电源采用高频开关调制，容易实现功率等级密集化。

理论分析和实践经验表明，电器产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。

由于功率电子器件的工作频率上限逐步提高，促使许多原来传统设备高频化。

开关电源一般采用10kHz~100 kHz的高频调制，随着软开关技术的发展，工作频率还在不断提高。

（2）电源电路的模块化、集成化模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。

常见的的器件模块含有一单元、两单元、六单元直至更多单元器件。

电源单元的模块化，使单个有限功率等级的电源可以采用均流技术、热拔插技术并联，既扩大了功率容量，满足了大电流输出的要求，又通过增加功率很小（相对整个系统来说）的冗余电源模块极大地提高了系统的可靠性。

模块化电源出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供了充分的时间。

（3）绿色化电源系统的绿色化有两层含义：首先是节电，其次这些电源要减少对电网及其他电器的污染，国际电工委员会（IEC）对此制定了一系列电磁兼容标准（EMC）,如IEC555、IEC917、IEC1000等。

我国电磁兼容问题已广泛受到政府、企业和消费者的关注，参照相关国际标准，制定了GB/T4365-1995等100多项电磁兼容国家标准，EMC认证工作也于1999年正式开展。

20世纪末，各种有源滤波器和功率因数补偿方案及专用芯片的生产，为21世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。

随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，现代电源技术在实际需要的推动下将快速发展，从而设计出性能更优良的开关电源。

1.3高频开关稳压电源的基本原理高频开关稳压电源是需要直流电设备中常用的AC-DC转换电源，它的作用是把公网上的220v交流电转换成适用的直流电。

公网上的工频交流电先整流滤波为固定直流，通过功率变换（高频逆变）得到20~50KHz的高频交流，然后再经高频整流与滤波，就得到所需的直流电。

工频整流滤波由桥式电路实现，功率变换由PWM控制芯片按周期控制开关管的导通实现，高频整流与滤波由副边感应线圈、二极管和电容组成的LCD电路实现。

公网上的工频交流电可通过桥式电路整流滤波后初步转换成固定直流即图中的直流电源U 。

由PWM控制芯片控制开关管Q 的导通与否。

当开关管Q 导通时,忽略其饱和压降,电源电压U 加在主变原边，副边感应电压于二极管D 极性相反使二极管D 反偏截止,副边电路中无电流,直流电源U 供给的能量临时储存于主变原边电感中。

当开关管Q 截止时,电感产生反压,为上负下正，同时在副边感应出电压,为上正下负与二极管D 极性相同使二极管D 导通,电容C 充电,同时给负载R 供电,主变原边储能转移到副边从而得到释放。

当开关管Q 重新导通时,电容C 给负载R 供电,同时主变原边重新储能,如此反复电阻R 上就得到直流电。

输出电压的大小由原副边匝比n、占空比d 和输入电压U 来决定。

2设计任务与分析2.1 任务要求初始条件：设计高频开关稳压电源，主电路采用半桥或全桥变换器，电压：+12V，电流20A，功率300W。

要求完成的主要任务:1. 系统总体方案设计。

2. 功率变换器电路设计。

3. 驱动电路（如SG3525）及辅助电源（如LM317）电路设计。

4. 过电流检测与保护电路设计。

5. 整流器输出电路设计。

2.2任务分析本次能力拓展训练要求设计高频稳压电源，输出电压+12V，电流20A，功率300W。

一般电压小于100V，选用全波整流输出。

典型的由UC3824 构成的他激型反激开关电源常应用于低于100W 的场合，不适合本次设计。

本次设计采用全桥变换器，采用SG3525 PWM控制芯片。

3 系统设计方案3.1系统总体方案设计高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路以及控制驱动保护电路3大部分组成。

如图3.1为高频开关稳压电源的基本框图。

图3.1 高频开关稳压电源的基本框图高频开关电源由以下几个部分组成：一、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

本设计方案的主电路采用单相交流输入，全桥变换的电路拓扑结构，逆变器主开关器件采用VMOSFET，开关频率去50kHz。

二、控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

本设计方案的控制、驱动电路集成芯片为SG3525。

三、检测电路除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。

四、辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源。

本设计的辅助电源采用LM317实现。

3.2 功率变换器电路设计功率变换电路是开关电源的核心部分，针对整流以后不同的直流电压功率变换电路有多种不同的拓扑结构，本此设计采用的是全桥变换器拓扑结构。

3.2.1 全桥功率变换器工作原理全桥变换器由四个晶闸管组成，相对于半桥而言，功率晶体管及其驱动装置相应的增加1倍，成本较高，但可用在要求功率较大的场合，有四个开关管组成两个桥臂。

两个桥臂分别导通激励高频功率变压器，进行能量变换，但是存在开关管“直通”的危险。

全桥电路原理图如下图3.2所示。

由四个功率开关器件V1~V4组成，变压器T 连接在四桥臂中间，相对的两只功率开关器件V1、V4和V2、V3分别交替导通或截止，使变压器T的次级有功率输出。

当功率开关器件V1、V4导通时，另一对V2、V3则截止，这时V2和V3两端承受的电压为输入电压Uin在功率开关器件关断过程中产生的尖峰电压被二极管V5~V8箝位于输入电压Uin。

图3.2 全桥电路原理图在全桥变换电路拓扑结构中，主变压器只需要一个原边绕组，通过正、反向的电压得到正、反向磁通，副边有一个中心抽头绕组采用全波整流输出。

因此，变压器铁心和绕组的最佳利用，使效率、功率密度得到提高。