PWM型开关稳压电源设计

张瑞显 江苏省高淳中等专业学校

PWM型开关稳压电源设计

张瑞显 江苏省高淳中等专业学校

本设计采用了降压型DC-DC变换器作为主回路拓扑结构。为提高DC-DC变换器输入电压，整流部分选择了三倍压整流电路。采用了SG3525A作为DC-DC变换器控制单元。选用GT40T101型IGBT作为开关元件。采用AT89S51单片机作为控制核心，使各部分协调工作。经过详细计算，并结合实际经验确定了主回路的工作参数，估算了变换器效率，并提出了进一步提高效率的改进方案。通过实际测量，开关电源达到了设计要求。

三倍压整流;降压变换器;SG3525A;GBT; M57962L

1.整流滤波电路

本设计为提高主回路的输入电压UIN，整流滤波电路部分采用了三倍压整流电路，如图1所示。

图1 三倍压整流电路

2.DC-DC变换器控制电路设计

变换器控制部分采用了开关电源集成控制器SG3525A，该芯片具有输出频率范围宽，工作电压范围广，基准电源精度高，死区时间可调等优点。SG3525A具有两个交替工作的输出端，本设计中只需控制一个开关元件，所以采用了两输出端经过4071同时驱动开关元件的方法，如图2所示。

3.提高效率的方法及实现方案

1)选择结构简单，主回路中元件少的降压型DC-DC变换器作为拓扑结构。

2)选用饱和导通压降小、开关速度快的IGBT作为开关元件。

3)采用工作性能稳定，开关速度较高的M57962L驱动IGBT。如图3所示：

4)合理布置主回路连线。

4.电路设计与参数计算

1）主控电路设计采用AT89S51单片机作为控制核心，整体框图见图4:

2）保护电路设计

IGBT的关断瞬间是最易发生损坏的过程，本设计中采取通过在IGBT的C、E两端添加RC缓冲器，减少关断瞬间的集电极电流。

5. 测试方法与测试数据

a)测试仪器

测试仪器主要包括：MT800型高精度数字万用表；TDS3012B型数字示波器；1KVA单相调压器；30Ω/200W滑动变阻器。

b)测试方法

1)将MT800型数字万用表选择直流电压档，与输出端并联，测量输出电压。

2)将数字万用表选择直流电流档，串联在输出回路中，测量输出电流。

图2 DC-DC变换器控制电路

图3 IGBT驱动电路

图4 整体框图

c)测试数据

基本及发挥部分数据测试：

1)输出电压Uo可调范围：30V～60V；

2)最大输出电流Iomax:2A；

3)Io从0变到2A时，负载调整率SI≤0.33%(U2=18V)；

4)DC-DC变换器的效率≥75%

5)具有过电流保护功能，动作电流Io(th)=2.5A；

6)能对输出电压进行键盘设定和初步调整，步进值1V；同时具有输出电压，电流的测量和数字显示功能。

6.结束语

本设计经过参数测试，发现该稳压电源的DC-DC变换器效率不高。经测试原因是IGBT导通和关断时集电极电流较大，损耗了较大功率。为降低IGBT导通和关断时的损耗，最后采用零电流谐振或零电压谐振，以改善IGBT工作状态，降低损耗，提高DC-DC变换器效率。

[1]安德列亚斯，福尔克麦克尔，郝康普 《IGBT模块∶技术、驱动和应用》机械工业出版社2016.06。

[2]吴红奎 《IGBT基础与应用实务》 科学出版社 2010.11。

[3]李宏 《MOSFET、IGBT驱动集成电路及应用》 科学出版社 2013.01。