基于SG3525和DC/DC變換器的大電流低電壓開關(guān)電源設(shè)計

引言

本文介紹了以SG3525為控制核心、全橋變換器為主電路、輸出直流電流45~90A可調(diào)的大電流低電壓直流開關(guān)電源的設(shè)計，其輸出電壓可在5~15V自動調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載變化，從而保持恒定的輸出電流。

1、電源總體設(shè)計

電源為恒流源工作方式，其輸出電流可在45~90A連續(xù)可調(diào)，并穩(wěn)定工作，最大輸出功率1.35kW，采用PWM控制，開關(guān)頻率30kHz。

圖1是電源框架圖，圖中未畫出保護(hù)電路框圖。單相220V交流輸入經(jīng)工頻整流、濾波后向DC/DC全橋變換器供電。在電源合閘接入電源電壓瞬間，由于電容器上的初始電壓為零，電容器初始充電會形成很大的瞬間沖擊電流，軟啟動電路用于防止該瞬間沖擊電流，改善電源啟動性能，保護(hù)EMI濾波器、工頻整流器件及電容器等，以保證開關(guān)電源正常而可靠運行。DC/DC全橋變換器主要由四個開關(guān)管組成的橋式逆變電路、高頻變壓器、輸出高頻整流及濾波電路組成，橋式逆變電路在控制及驅(qū)動電路作用下，將直流轉(zhuǎn)換成高頻方波交流，再經(jīng)高頻變壓器降壓以及副邊高頻整流、濾波后輸出直流。電源控制電路由專用集成芯片SG3525及其外圍電路構(gòu)成PWM調(diào)制，經(jīng)光電隔離、功率放大后直接驅(qū)動全橋變換器開關(guān)管，由于電源工作在恒流方式，且電流較大，所以應(yīng)用電流傳感器采樣輸出直流電流作為控制信號，反饋到控制電路，以實現(xiàn)PWM調(diào)制，達(dá)到穩(wěn)定輸出電流的目的。

2、主電路設(shè)計

本電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，由于該電源具有大電流低電壓的特點，對高頻干擾信號以及合閘瞬間的浪涌電流非常敏感，因此220VAC/50Hz交流電整流前先經(jīng)EMI濾波器濾波，大大減小了交流電源輸入的電磁干擾，同時防止開關(guān)電源產(chǎn)生的諧波串?dāng)_到輸入電源端。

高頻變壓器是DC/DC全橋變換器的核心磁性元件，許多其它主電路元器件的參數(shù)設(shè)計都依賴于變壓器的參數(shù)，對其進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計非常重要。本電源的高頻變壓器設(shè)計采用AP法，AP就是指磁芯有效截面積和線圈有效窗口面積的乘積。磁芯選用一對E型軟磁鐵氧體，考慮到變換器工作頻率，磁芯工作磁感應(yīng)強度BW設(shè)計為0.16T，根據(jù)電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，高頻變壓器的計算功率為：

式中AW為磁芯窗口面積；Ae為磁芯有效截面積；K0為窗口使用系數(shù)，一般典型值取0.4；Kf為波形系數(shù)，本變壓器原副邊繞組波形為方波，取Kf=4；fs為變壓器工作頻率（Hz）；J為繞組導(dǎo)線電流密度，設(shè)計為400A/cm2。選用的EE磁芯AP值應(yīng)大于計算值，由于副邊電流較大，并繞的漆包線根數(shù)多，占用窗口面積大，最終選用磁芯為TDK的PC40EE70型磁芯。繞制工藝采用原副邊交叉繞（兩段式全包），以實現(xiàn)變壓器原副邊繞組的緊密耦合，減小漏感，實驗結(jié)果表明滿足設(shè)計要求。