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摘 要：电源是现代电力电子设备不可或缺的组成部分，开关电源以其小型、轻量和高效的特点被广泛应用。本次设计的是功率为36W（36V、1A）的半桥开关电源。整个系统包括主电路、控制电路、驱动路和辅助电源电路四部分内容。此设计输出了36V电压及36W功率，具有高效率，高频率，高稳定的输出电压。
关键词：开关电源；IR2110；SG3525；高频变压器；MOSFET
1 绪论
电源是将各种能源转换成为用电设备所需要的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。随着电源在计算机、通信、家用电器等方面的广泛应用，人们对其需求量增长，效率、体积、重量及可靠性等方面也要求更高。开关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。
2 系统整体方案
1.电源的设计要求：
（1）输出电压：额定工作电压36V；
（2）输出电流：额定工作电流1A；
（3）输入条件：50Hz，交流220V；
（4）纹波电压 Vor为20mV[8]。
2.整个课题的设计，分为三部分：主电路的设计，包括整流输入滤波、半桥式逆变、高频变压输出、输出整流、输出滤波；开关管的驱动电路；控制电路的设计，包括控制逆变电路开关管工作的脉冲输出、调占空比。
3 系统电路设计
3.1主电路结构
半桥式开关电源主电路如图3-1所示。图中开关管V1、V2选用MOSFET开关管。半桥式逆变电路一个桥臂由开关管V1、V2组成，另一个桥臂由电容C1、C2组成。高频变压器初级一端接在C1、C2的中点，另一端接在V1、V2的公共连接端，V1、V2中点的电压等于整流后直流电压的一半，开关管V1、V2交替导通就在变压器的一次侧形成幅值为 的交流方波电压。通过调节开关管的占空比，就能改变变压器二次侧整流输出平均电压Vo。
图3-1 开关电源主电路结构图
3.2 MOSFET驱动电路的设计
半桥驱动芯片选用IR2110。其中自举电容的选为104无极性瓷片电容。快恢复二极管选为FR207。
3.3 开关电源控制电路的设计
设计电路的控制电路是整个电路的主要部分。目前实际产品应用中有各种典型的控制电路，鉴于对电源和驱动的要求，结合本次设计选择SG3525。
1.自激振荡电路
SG3525的自激振荡器输出的锯齿波送至PWM比较器，而输出的方波一方面送到PWM锁存器，另一个方面有4脚输出作为其他芯片的同步信号，另外振荡器可由3脚送来的脉冲信号控制，便于多个芯片同步使用。此次设计，取Ct=0.01uf，Rt=9K，Rd=200Ω，则由公式f=1/[Ct（0.67 Rt+1.3 Rd）]得，f=16k。
2.脉冲宽度调节
由于11脚14脚输出低电平时间取决于9脚电压，而9脚电压又取决于误差放大器输出电压，故人为改变SG3525 1脚或2脚电位，即可改变9脚电压，9脚电压变低时，A1提前输出“1”，使11脚或14脚输出脉冲宽度变窄，而9脚电压上升时则与上相反，完成对输出脉宽的控制。由图可知，1脚电位与输出脉冲宽度成反比，而2脚电位则与输出脉冲宽度成正比.在开关稳压电源设计中，反馈电压可加于1脚或2脚。本次设计使用2脚加一个可调电阻调占空比。
3.SG3525外围电路图：
图3-2 SG3525外围电路图
4 电路调试
控制电路调试主要测量SG3525的 9脚的电压是否在1.5V 至5.2V之间，5脚波形是否为锯齿波，16脚电压有无5.1V。最重要的是11脚与14脚的输出波形是不是方波，是否有足够的死区时间，调2脚电压时11脚14脚输出方波的占空比是否变化等。
在测试驱动电路时主要测IR2110的10脚与12脚的输入波形是否与SG3525的输出波形相对应，IR2110的1脚7脚的输出波形是否是漂亮的方波，自举电容两端的波形是否在比较稳定的范围内。
在测试IR2110的输出时发现调占空比时IR2110的占空比0-100%可调。后来发现限流电阻和下拉电阻的取值问题导致波形畸变，从而导致IR2110的输出出现不良情况。通过多次更换限流电阻和下拉电阻，波形畸变得到了一定的改善，不过还是不能达到完全的线性传输。为了得到更好的驱动效果，从SG3525加一电阻接在IR2110的输入端，经实际测试IR2110的输出波形0-45%可调，满足驱动要求。
对于主电路的调试，一定要一步一步调，先用示波器测试整流滤波电路再测变压器原边的波形，变压器副边的波形，输出電压等。
5 总结
本次设计完成的主要任务是制作占空比可调，输出36V的开关电源。通过搜集开关电源的相关资料，了解电源的相关制作方法，并通过控制电路与驱动电路的选择，针对任务提出了可行方案。在设计方案中，结合芯片SG3525和IR2110特点，用半桥的结构来设计开关电源。根据设计方案，详细地阐述了SG3525的控制原理和IR2110的驱动过程。设计了相应的硬件电路。虽然做了以上几方面工作，但由于时间和实验条件的限制等原因，所做工作还有很多需要完善的地方。SG3525没有过流保护电路，控制电路与驱动电路之间没有光隔离，半桥主电路前的热敏电阻在上电完成后没有用继电器隔离开而影响效率等。
作者简介：
巴深（1992-），男，汉族，湖北武汉，本科在读，湖北省 武汉市 武汉纺织大学 电子信息工程 430200
陈婷 1993- 女 汉 湖北恩施 硕士在读 武汉纺织大学电子与电气工程学院
艾钊 1990- 男 汉 湖北咸宁 硕士在读 武汉纺织大学电子与电气工程学院
关键词：开关电源；IR2110；SG3525；高频变压器；MOSFET
1 绪论
电源是将各种能源转换成为用电设备所需要的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。随着电源在计算机、通信、家用电器等方面的广泛应用，人们对其需求量增长，效率、体积、重量及可靠性等方面也要求更高。开关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。
2 系统整体方案
1.电源的设计要求：
（1）输出电压：额定工作电压36V；
（2）输出电流：额定工作电流1A；
（3）输入条件：50Hz，交流220V；
（4）纹波电压 Vor为20mV[8]。
2.整个课题的设计，分为三部分：主电路的设计，包括整流输入滤波、半桥式逆变、高频变压输出、输出整流、输出滤波；开关管的驱动电路；控制电路的设计，包括控制逆变电路开关管工作的脉冲输出、调占空比。
3 系统电路设计
3.1主电路结构
半桥式开关电源主电路如图3-1所示。图中开关管V1、V2选用MOSFET开关管。半桥式逆变电路一个桥臂由开关管V1、V2组成，另一个桥臂由电容C1、C2组成。高频变压器初级一端接在C1、C2的中点，另一端接在V1、V2的公共连接端，V1、V2中点的电压等于整流后直流电压的一半，开关管V1、V2交替导通就在变压器的一次侧形成幅值为 的交流方波电压。通过调节开关管的占空比，就能改变变压器二次侧整流输出平均电压Vo。
图3-1 开关电源主电路结构图
3.2 MOSFET驱动电路的设计
半桥驱动芯片选用IR2110。其中自举电容的选为104无极性瓷片电容。快恢复二极管选为FR207。
3.3 开关电源控制电路的设计
设计电路的控制电路是整个电路的主要部分。目前实际产品应用中有各种典型的控制电路，鉴于对电源和驱动的要求，结合本次设计选择SG3525。
1.自激振荡电路
SG3525的自激振荡器输出的锯齿波送至PWM比较器，而输出的方波一方面送到PWM锁存器，另一个方面有4脚输出作为其他芯片的同步信号，另外振荡器可由3脚送来的脉冲信号控制，便于多个芯片同步使用。此次设计，取Ct=0.01uf，Rt=9K，Rd=200Ω，则由公式f=1/[Ct（0.67 Rt+1.3 Rd）]得，f=16k。
2.脉冲宽度调节
由于11脚14脚输出低电平时间取决于9脚电压，而9脚电压又取决于误差放大器输出电压，故人为改变SG3525 1脚或2脚电位，即可改变9脚电压，9脚电压变低时，A1提前输出“1”，使11脚或14脚输出脉冲宽度变窄，而9脚电压上升时则与上相反，完成对输出脉宽的控制。由图可知，1脚电位与输出脉冲宽度成反比，而2脚电位则与输出脉冲宽度成正比.在开关稳压电源设计中，反馈电压可加于1脚或2脚。本次设计使用2脚加一个可调电阻调占空比。
3.SG3525外围电路图：
图3-2 SG3525外围电路图
4 电路调试
控制电路调试主要测量SG3525的 9脚的电压是否在1.5V 至5.2V之间，5脚波形是否为锯齿波，16脚电压有无5.1V。最重要的是11脚与14脚的输出波形是不是方波，是否有足够的死区时间，调2脚电压时11脚14脚输出方波的占空比是否变化等。
在测试驱动电路时主要测IR2110的10脚与12脚的输入波形是否与SG3525的输出波形相对应，IR2110的1脚7脚的输出波形是否是漂亮的方波，自举电容两端的波形是否在比较稳定的范围内。
在测试IR2110的输出时发现调占空比时IR2110的占空比0-100%可调。后来发现限流电阻和下拉电阻的取值问题导致波形畸变，从而导致IR2110的输出出现不良情况。通过多次更换限流电阻和下拉电阻，波形畸变得到了一定的改善，不过还是不能达到完全的线性传输。为了得到更好的驱动效果，从SG3525加一电阻接在IR2110的输入端，经实际测试IR2110的输出波形0-45%可调，满足驱动要求。
对于主电路的调试，一定要一步一步调，先用示波器测试整流滤波电路再测变压器原边的波形，变压器副边的波形，输出電压等。
5 总结
本次设计完成的主要任务是制作占空比可调，输出36V的开关电源。通过搜集开关电源的相关资料，了解电源的相关制作方法，并通过控制电路与驱动电路的选择，针对任务提出了可行方案。在设计方案中，结合芯片SG3525和IR2110特点，用半桥的结构来设计开关电源。根据设计方案，详细地阐述了SG3525的控制原理和IR2110的驱动过程。设计了相应的硬件电路。虽然做了以上几方面工作，但由于时间和实验条件的限制等原因，所做工作还有很多需要完善的地方。SG3525没有过流保护电路，控制电路与驱动电路之间没有光隔离，半桥主电路前的热敏电阻在上电完成后没有用继电器隔离开而影响效率等。
作者简介：
巴深（1992-），男，汉族，湖北武汉，本科在读，湖北省 武汉市 武汉纺织大学 电子信息工程 430200
陈婷 1993- 女 汉 湖北恩施 硕士在读 武汉纺织大学电子与电气工程学院
艾钊 1990- 男 汉 湖北咸宁 硕士在读 武汉纺织大学电子与电气工程学院