基于SG3525A的半桥式开关电源*

张 波，焦小芝

（苏州市职业大学电子信息工程系，江苏 苏州 215104）

1 引言

电源的优劣直接影响到各类电子设备的性能，因此设计出性能优良的电源意义重大。随着科技的不断进步，现代社会对电源的要求越来越高，规格品种也越来越多。开关电源具有效率高、重量轻、体积小和稳压范围宽等突出优点，从20世纪中期问世以来，发展极为迅猛，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，大部分场合已取代了传统的线性开关电源，并在不断发展之中，其市场广阔。本文基于SG3525A设计了一款+15V、20A的半桥型直流开关稳压电源。

2 半桥型DC/DC变换器

开关电源都包括主电路和控制电路，主电路主要就是DC/DC变换电路。DC/DC变换器分为输入与输出非隔离型和输入与输出隔离型，非隔离型如Boost电路和Buck电路，隔离型包括单端正激式、单端反激式、推挽型、半桥型和全桥型。半桥型和其他拓扑结构相比有很多优点：输入输出之间有高频变压器隔离，高频变压器利用率高，抗不平衡能力强，较好地解决了直流变压器偏磁问题，功率相对较大，功率开关管在关断时承受的电压较低等。

半桥型DC/DC变换器拓扑结构如图1所示。从图中可以看出它有两只参数相同、容值较大的电容C1与C2构成分压电路与开关管S1、S2构成的桥臂组成桥，桥的对角线连接着变压器T1。R1与R2是均压电阻，大小相等，且阻值较大，因此当两开关管S1和S2都截止时图1中A点电压为直流输入电源电压的一半，即UA=Ui/2。

图1 半桥型DC/DC变换器

工作时两功率开关管交替导通。前半个周期，S2一直处于截止状态，S1导通一段时间后关断；后半个周期S1一直处于截止状态，S2对称地导通后关断，故每个开关管导通的时间都小于半个周期。S1导通时电容C1通过经S1、变压器T1原边和电容Cb放电，同时电源电压Ui经过S1、变压器T1原边、Cb对电容C2充电；当S1断开、S2尚未导通时，中点A的电位又恢复到输入电压Ui的一半；开关管S2导通时情况和S1导通时类似，不同之处在于流过变压器T1的电流是和S1导通时方向相反的。变压器T1副边、D5和D6构成全波整流电路，Lf和Cf起滤波作用，由于开关频率很高，容值足够大的电容Cf（相对来说，实际上容值较小的就能满足要求）上可以得到稳定的直流电压。改变一个周期内开关管S1和S2导通的时间就改变了负载从电源得电的时间，从而可能改变输出电压的大小，即改变占空比改变输出电压的大小。在实际电路中，若两开关管S1和S2特性不一致，就会引起一开关管导通的时间比另一开关管长，假如S1导通的时间比较长，那么C1上的平均电压就会比C2两端的低，因此S1导通时加在变压器原边的幅值就会比S2导通时加在变压器原边的幅值小，故能使加到变压器原边的正负方波的V·s积维持相等，因此该拓扑结构有较强的抗不平衡能力。实际应用中在变压器原边串入一只足够大的电容Cb，以进一步增加电路的抗不平衡能力。另外变压器中磁通变化量是以零为中心正负变化的，而且变压器原边只用一个绕组，因此变压器利用率高。

3 由SG3525A构成的控制电路

3.1 芯片的内部结构及工作原理

开关电源控制方式有三种：（1）由分立元件构成；（2）通过软件编程由单片机系统来实现；（3）由专用的集成控制器来实现。其中专用集成控制器实现方式以其使用方便、无需编程、所需元件数量少等优点，是开关电源常用的一种控制方式。SG3525A就是其中常见的一种专用集成控制器。

美国硅通公司的SG3525A是性能优良、功能齐全、通用性强的集成PWM控制器，共有16个引脚，采用DIP-16和SOP-16封装，工作电压范围宽（8V～35V），其内部结构如图2。基准电压部分对内部供电，对外作为基准参考电压；振荡器产生近似的锯齿波，锯齿波的频率由和振荡器相连接的外接电阻电容决定，范围为100Hz～400kHz，同时对应于锯齿波的下降沿产生一时钟脉冲CP；在时钟脉冲CP的作用下，分相器（T触发器）的两输出端产生两相位相反的方波信号，其频率是锯齿波频率的一半；误差放大器是差动输入放大器，同相输入端2接给定电压，闭环控制时反向输入端1接反馈电压，端9和端1之间接入适当的反馈网络构成调节器，可满足系统动静特性的要求；外加于端9的信号和误差放大器的输出叠加于比较器的一反向输入端，比较器的同相输入端加振荡器产生锯波信号，这样比较器的输出端产生PWM信号，改变外加于端9的信号或来自于端2的反馈信号或端1的给定信号均可改变PWM信号的占空比；内部PWM锁存器可以使关闭更可靠；两个输出级结构是一样的，门电路输出上侧为或非门，下侧为或门，门电路的输入A端、C端和D端所加的信号是一样的，分别是欠压锁定输出，时钟脉冲CP和来自锁存器的PWM信号，分相器的两输出端分别加到两输出级的门电路B端，由于分相器输出两相位相反的方波，所以芯片两对外输出端输出的是两波形一样而相位相差180°的PWM信号，而且频率是芯片内部比较器产生的PWM信号的一半。另外此芯片还带有闭锁控制、软起动、欠压锁定等功能，输出级采用推挽式电路结构，关断速度快。

图2 SG3525A内部结构框图

3.2 控制驱动电路

由SG3525A构成的控制驱动电路如图3所示。SG3525A的5脚和6脚上的电阻电容决定了其内部振荡器的工作频率，也就决定了其产生的PWM信号的频率，从而决定了开关管工作频率。本设计中开关管工作频率为50kHz，16脚的5.1V基准电压经电阻分压后加在误差放大器的同相输入端，也就是2脚，误差放大器的反向输入端接电压反馈信号，两者经误差放大器后形成一误差放大信号，该误差放大信号和芯片内振荡器形成的频率幅值固定的锯齿波信号经芯片内部PWM比较器后生成PWM信号，该PWM信号再经过芯片内部的数字电路形成两个互差180°的PWM信号，这两个PWM信号的频率为PWM比较器产生的PWM信号的一半，这两个PWM信号经芯片内部的电路放大后分别从芯片的11 脚和14脚输出。若输出电压变化，芯片1脚上得到的反馈电压也会相应变化，芯片内部误差放大器的输出会相应变化，从而PWM比较器产生的PWM信号的占空比会相应变化，芯片的11 脚和14脚输出PWM信号的占空比发生变化，所以只要采用恰当的反馈电路，就很容易使输出电压稳定。芯片15脚接电源正端，12脚接地，7脚接电阻构成振荡器放电回路，8脚上接小电容起软动功能，9脚是PWM比较器补偿信号输入端，该引脚和1脚之间接上接的电阻电容构成反馈网络，可提高系统稳定性，10脚外接高电平芯片输出将被禁止，这里用作过流保护。

图3 SG3525A构成的控制驱动电路

图3中驱动电路部分以美国IR公司的IR2110为核心。IR2110 采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V。高端悬浮自举电源的成功设计，可以大大减少驱动电源的数目。光耦PC817起隔离作用，通常弱电驱动强电部分都含有隔离部分。反馈电路由TL431和线性光耦PC817构成，这里不再给出图形介绍。

3.3 部分实验数据

实验结果表明，该半桥型开关电源功率达300W以上，电源输出电压为15V±5%，效率在80%以上，电压调整率和负载调整率均小于5%，稳定工作时输入电压范围为165V～242V，电源性能优良。

4 结束语

SG3525A电压型PWM集成控制器，外接元器件少，性能稳定可靠，包括开关稳压所需的全部控制电路，同时还具有外同步、软启动、死区调节、欠压锁定等很多功能，输出两路互差180°的PWM信号；半桥型和其他拓扑结构相比，变压器初级在整个周期中都流过电流，且正负对称，磁芯利用充分，且没有偏磁的问题，所使用的功率开关管耐压要求较低，对输入滤波电容使用电压要求也较低，因此半桥式变换器在中等功率开关电源中得到广泛的应用，所以基于SG3525A的半桥型开关稳压电源是一种较理想的设计。

[1]张波，曹丰文.一种36V电动自行车充电器的设计[J].电子与封装，2011，11（5）：38-41.

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[3]张波.开关电源的优点及应用[J].电气开关，2007，45（1）：39-40，43.

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