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摘要：提出了一种采用PWM信号控制全控型电力电子器件的全桥开关稳压电源设计方法。PWM专用芯片SG3525产生PWM方波，通过光电耦合隔离，经专用驱动芯片IR2110去驱动开关器件，达到开关稳压电源输出电压的稳定。该电源具有输出电压稳定、电路简单、体积小、噪音小及可靠性高等特点。
中图分类号：TN86 文献标识码：A
关键词：全桥电路，SG3525，PWM方波，驱动电路
0 引言
开关电源自20世纪90年代中期问世以来便显示出强大的生命力，它作为一项颇具发展前景和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍关注。开关电源具有高集成度、高性价比、最佳性能指标等特点[1-2]，本文采用全桥电路拓扑设计并制作了额定输出功率为500W的开关稳压电源，具有输出电压从15V到25V可调，纹波小的功能。
1 基本原理
1.1系统组成
开关电源按各部分的功能可分成：机箱、主电路、控制电路三部分[3]。机箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用。主电路负责进行功率转换，通过适当的控制电路可以将市电转换为所需的直流输出电压。控制电路则根据实际的需要产生主电路所需的控制脉冲和提供各种保护功能。
1.2 开关电源的基本工作原理
PWM开关稳压电源的基本工作原理是在输入电压、内部参数以及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压被控制信号稳定[4]。
对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压 取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压 由公式（1）计算：
（1）
式中 —矩形脉冲最大电压值； —矩形脉冲周期； —矩形脉冲宽度。
当 与 不变时，直流平均电压 将与脉冲宽度 成正比。这样，只要设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可达到稳定电压的目的。
2主电路设计
2.1 输入整流滤波回路
本课题研究的电源额定工作状态的技术要求为：输出电压15V-25V，输出电流10A，输出功率为500W，属于中大功率电源。在输入端先通过AlAP-IA型的EMI滤波器来防止电磁干扰，它能有效地抑制电网噪声，提高电源的抗干扰能力及系统和可靠性。
2.2 输出整流滤波回路
本设计采用桥式整流电路作为输出整流电路，输出滤波电路一般可采用一级滤波也可采用两级滤波。输出滤波电路的作用是滤除二次侧整流电路输出的脉动直流中的交流成分，得到平滑的直流输出。在开关电源中通常采用一级LC滤波电路。
3 控制回路设计
控制电路是开关电源系统的另一重要部分。DC-DC变换器需要控制电路提供适当的驱动脉冲，才能有效的工作。根据电路功能的分工可将控制电路分为：脉冲产生电路、触发电路、电压反馈控制电路、保护电路、辅助电源电路等。脉冲产生电路是控制电路的核心。脉冲产生电路根据电压反馈控制电路、保护电路等提供的控制信号产生出所需的脉冲信号，然后该脉冲信号经过触发电路的放大后去驱动开关元件，使开关管导通或关断。
控制电路输出的PWM信号，电平幅值和功率能力均不足以驱动大功率开关元件，因此选择合适的驱动电路是必须的。驱动电路是将控制电路输出PWM脉冲信号经过电隔离后进行功率放大和电压调整再去驱动大功率开关管。
保护电路是控制电路的一个重要组成部分，为了提高电源的可靠性必须不断完善保护电路的功能。当前开关电源电路的主要保护功能有：过流保护、过压保护、欠压保护、温度保护。过流保护和过压保护是为了保护负载和电源两者而设置的，而欠压保护和温度保护是为了电源本身而设置的.
3.1 PWM控制电路
PWM开关稳压电源的基本工作原理就是在输入电压、内部参数以及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压被控制信号稳定。
3.2触发驱动电路
IR2110的开通与关断传输延迟时间基本匹配，开通传输延迟时间比关断传输延迟时间长25 ns，这保证了功率管T1和T2 在工作时不会发生同时导通，从而避免了直通故障的发生。为了更加安全，在电路中，功率管的栅极上分别串联电阻R1、R2 以及二极管D3、D4。功率器件的栅源极的驱动电压一般为CMOS电平（5 V～20 V） ，因此要在栅极增加保護电路，电路中D7、D8 稳压二极管限制了所加栅极电压，另外电阻R3、R4进行分压，同时也降低了栅极电压。功率器件T1、T2在开关过程中会产生浪涌电压，这些浪涌电压会损坏元件，所以电路中采用稳压二极管D5，D6钳位浪涌电压。有死区时间设定， 以保证开关器件VT1与VT2在一只管子关断，另一只管子开通时，有足够的时间间隔，防止功率开关器件上下直通造成的直流侧短路， 即逆变“连通”现象。
4 系统软件设计
5 结论
本设计实现了基于PWM技术的大功率高频直流开关电源，并且工作稳定、输出电压准确，电源效率高。而且根据不同的现场情况与用户要求，可以调节输出电压的值，实现比较完善电压输出功能。本设计所提供的方案和基本思路也可用于其他开关电源。
参考文献：
[1] 许金星，徐昌华.开关式交流稳压电源的设计[J].现代电子技术，2010，10：204-206.
[2] 裴元庆，杨旭，王兆安.开关稳压电源的设计和应用[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3] 任海军.高性能单相交流稳压电路的设计[D]上海：东华大学，2009.
[4] 王水平等.开关稳压电源原理及设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.
中图分类号：TN86 文献标识码：A
关键词：全桥电路，SG3525，PWM方波，驱动电路
0 引言
开关电源自20世纪90年代中期问世以来便显示出强大的生命力，它作为一项颇具发展前景和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍关注。开关电源具有高集成度、高性价比、最佳性能指标等特点[1-2]，本文采用全桥电路拓扑设计并制作了额定输出功率为500W的开关稳压电源，具有输出电压从15V到25V可调，纹波小的功能。
1 基本原理
1.1系统组成
开关电源按各部分的功能可分成：机箱、主电路、控制电路三部分[3]。机箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用。主电路负责进行功率转换，通过适当的控制电路可以将市电转换为所需的直流输出电压。控制电路则根据实际的需要产生主电路所需的控制脉冲和提供各种保护功能。
1.2 开关电源的基本工作原理
PWM开关稳压电源的基本工作原理是在输入电压、内部参数以及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压被控制信号稳定[4]。
对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压 取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压 由公式（1）计算：
（1）
式中 —矩形脉冲最大电压值； —矩形脉冲周期； —矩形脉冲宽度。
当 与 不变时，直流平均电压 将与脉冲宽度 成正比。这样，只要设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可达到稳定电压的目的。
2主电路设计
2.1 输入整流滤波回路
本课题研究的电源额定工作状态的技术要求为：输出电压15V-25V，输出电流10A，输出功率为500W，属于中大功率电源。在输入端先通过AlAP-IA型的EMI滤波器来防止电磁干扰，它能有效地抑制电网噪声，提高电源的抗干扰能力及系统和可靠性。
2.2 输出整流滤波回路
本设计采用桥式整流电路作为输出整流电路，输出滤波电路一般可采用一级滤波也可采用两级滤波。输出滤波电路的作用是滤除二次侧整流电路输出的脉动直流中的交流成分，得到平滑的直流输出。在开关电源中通常采用一级LC滤波电路。
3 控制回路设计
控制电路是开关电源系统的另一重要部分。DC-DC变换器需要控制电路提供适当的驱动脉冲，才能有效的工作。根据电路功能的分工可将控制电路分为：脉冲产生电路、触发电路、电压反馈控制电路、保护电路、辅助电源电路等。脉冲产生电路是控制电路的核心。脉冲产生电路根据电压反馈控制电路、保护电路等提供的控制信号产生出所需的脉冲信号，然后该脉冲信号经过触发电路的放大后去驱动开关元件，使开关管导通或关断。
控制电路输出的PWM信号，电平幅值和功率能力均不足以驱动大功率开关元件，因此选择合适的驱动电路是必须的。驱动电路是将控制电路输出PWM脉冲信号经过电隔离后进行功率放大和电压调整再去驱动大功率开关管。
保护电路是控制电路的一个重要组成部分，为了提高电源的可靠性必须不断完善保护电路的功能。当前开关电源电路的主要保护功能有：过流保护、过压保护、欠压保护、温度保护。过流保护和过压保护是为了保护负载和电源两者而设置的，而欠压保护和温度保护是为了电源本身而设置的.
3.1 PWM控制电路
PWM开关稳压电源的基本工作原理就是在输入电压、内部参数以及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压被控制信号稳定。
3.2触发驱动电路
IR2110的开通与关断传输延迟时间基本匹配，开通传输延迟时间比关断传输延迟时间长25 ns，这保证了功率管T1和T2 在工作时不会发生同时导通，从而避免了直通故障的发生。为了更加安全，在电路中，功率管的栅极上分别串联电阻R1、R2 以及二极管D3、D4。功率器件的栅源极的驱动电压一般为CMOS电平（5 V～20 V） ，因此要在栅极增加保護电路，电路中D7、D8 稳压二极管限制了所加栅极电压，另外电阻R3、R4进行分压，同时也降低了栅极电压。功率器件T1、T2在开关过程中会产生浪涌电压，这些浪涌电压会损坏元件，所以电路中采用稳压二极管D5，D6钳位浪涌电压。有死区时间设定， 以保证开关器件VT1与VT2在一只管子关断，另一只管子开通时，有足够的时间间隔，防止功率开关器件上下直通造成的直流侧短路， 即逆变“连通”现象。
4 系统软件设计
5 结论
本设计实现了基于PWM技术的大功率高频直流开关电源，并且工作稳定、输出电压准确，电源效率高。而且根据不同的现场情况与用户要求，可以调节输出电压的值，实现比较完善电压输出功能。本设计所提供的方案和基本思路也可用于其他开关电源。
参考文献：
[1] 许金星，徐昌华.开关式交流稳压电源的设计[J].现代电子技术，2010，10：204-206.
[2] 裴元庆，杨旭，王兆安.开关稳压电源的设计和应用[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3] 任海军.高性能单相交流稳压电路的设计[D]上海：东华大学，2009.
[4] 王水平等.开关稳压电源原理及设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.