半橋同步整流設(shè)計(jì)報(bào)告

半橋倍流同步整流電源的設(shè)計(jì)綱要：現(xiàn)現(xiàn)在，微辦理器要求更低的供電電壓，以降低功耗，這就要求供電系統(tǒng)能供給更大的輸出電流，低壓大電流技術(shù)更加惹起人們的寬泛關(guān)注。本電源系統(tǒng)以對(duì)稱半橋?yàn)橹饕負(fù)?，?lián)合倍流整流和同步整流的構(gòu)造，并且使用MSP430單片機(jī)控制和采樣顯示，實(shí)現(xiàn)了5V，15A大電流的供電系統(tǒng)。效率較高，輸出紋波小。重點(diǎn)詞：對(duì)稱半橋，倍流整流，同步整流，SG3525一、方案論證與比較電源變換拓?fù)浞桨刚撟C方案一：（以下列圖）此電路為傳統(tǒng)的半橋拓?fù)?。因?yàn)镸OS管只承受一倍電源電壓，而不像單端類(lèi)的承受兩倍電源電壓，且較之全橋拓?fù)渖倭藘蓚€(gè)昂貴的MOS管，所以獲得很大的應(yīng)用。但在低壓大電流的設(shè)計(jì)中，輸出整流管的消耗無(wú)疑會(huì)大大降低效率，并且電感的設(shè)計(jì)也會(huì)變得困難，所以不合適大電流的設(shè)計(jì)。方案二：傳統(tǒng)半橋+同步整流。將上圖半橋的輸出整流管改為低導(dǎo)通內(nèi)阻的MOSFET。這樣可大大減小輸出整流的消耗，提升效率。比較合適大電流的整流方案，但變壓器的繞制和電感的設(shè)計(jì)較麻煩。方案三：（以下列圖）半橋倍流同步整流。倍流整流很早就被人提出，它的特點(diǎn)是變壓器輸出沒(méi)有中心抽頭，這就大大簡(jiǎn)化了變壓器的設(shè)計(jì)，并且提升了變壓器的利用率。而流過(guò)變壓器和輸出電感的電流僅有輸出電流的一半，這使得變壓器和電感的制作變得簡(jiǎn)單。并且由波形剖析能夠知道，輸出電流的紋波是相互抵消的。該電路的不足是電路時(shí)序有要求，控制稍顯復(fù)雜。由上剖析我們選擇方案三?？刂品桨高x擇方案一：因?yàn)榭刂菩酒琒G3525輸出兩路互補(bǔ)對(duì)稱的PWM信號(hào)，則可將控制信號(hào)做以下設(shè)置（以下列圖）。將驅(qū)動(dòng)Q1的信號(hào)與Q4同步起來(lái)，Q2和Q3的信號(hào)同步，則能夠?qū)崿F(xiàn)倍流同步整流的時(shí)序同步，方案簡(jiǎn)單易行，但因?yàn)镾G3525在輸出較小占空比時(shí)有較大的死區(qū)，則輸出MOSFET的續(xù)流二極管會(huì)產(chǎn)生較大的消耗。方案二：。。。。。反激變換。。。。將SG3525的驅(qū)動(dòng)信號(hào)反向后送入輸出整流MOS管，這樣能夠極大的減少低占空比時(shí)的消耗，且僅需一對(duì)反向驅(qū)動(dòng)，應(yīng)采納方案二。二、電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算整體方案設(shè)計(jì)電路整體采納半橋構(gòu)造，電壓型控制器件SG3525產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，頻次為30KHz，分別經(jīng)過(guò)半橋驅(qū)動(dòng)IR2110和雙反向驅(qū)動(dòng)MAX626，分別驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管和輸出整流MOS管。功率變換產(chǎn)生的電壓波形經(jīng)倍流整流輸出。電流采樣使用高端電阻采樣，為歐。電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，經(jīng)放大、比較，送至單片機(jī)和控制芯片。單片機(jī)LCD顯示輸出電壓、電流并且能夠經(jīng)過(guò)按鍵調(diào)理電壓和電流過(guò)流點(diǎn)。下列圖為整體的系統(tǒng)框圖。輸入功率變換輸出LC濾波啟動(dòng)供電驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)采樣與保護(hù)控制芯片SG3525MSP430LCD顯示按鍵電源主電路設(shè)計(jì)依據(jù)指標(biāo)，系統(tǒng)輸入電壓為25~30V，輸出電壓為5V，輸出電流為15A，輸出電流過(guò)流點(diǎn)為18A(+-1A)。輸出整流管我們選擇了IRF3025。其耐壓值為55V，額定電流為110A，導(dǎo)通內(nèi)阻為8m歐。特別適適用作同步整流的低壓大電流構(gòu)造?？刂菩酒覀儾杉{SG3525，這是一款特別適用的電壓型控制器件。它自帶了高精度的基準(zhǔn)，工作電壓寬，具備軟啟動(dòng)和輸入高電平關(guān)斷，其輸出采納圖騰柱輸出，拉灌電流達(dá)200mA。驅(qū)動(dòng)芯片采納IR2110和MAX626。IR2110為專用的半橋驅(qū)動(dòng)芯片，其輸進(jìn)出電流達(dá)2A，延時(shí)短。MAX626輸出峰值電流達(dá)2A，開(kāi)關(guān)延時(shí)僅20ns。反應(yīng)控制使用光耦PC817+TL431精細(xì)基準(zhǔn)，適應(yīng)性強(qiáng)。主變壓器的設(shè)計(jì)絕大部分磁性元件都是自行設(shè)計(jì)的，變壓器作為功率變換的主體，其設(shè)計(jì)的利害直接影響到系統(tǒng)的質(zhì)量。依據(jù)要求，輸入電壓為25~30V，輸出電壓為5V，輸出電流為15A。效率>80%。則輸出功率Pout=75W，Pin=我們采納EC40的磁芯，其高寬比較大，且便于繞制。均勻輸入電流Iin=Pin/Vin=，輸入峰值電流Ipk=Vin(min)=由：V=NAe(dB/dt)Np/Ns=Vp/Vs=(Vin/2)/(Vout/D)得：匝比N=Np/Ns=5：6；Dmax=；再考慮大電流下的銅損和鐵損，變壓器原邊取5匝，副邊取6匝，協(xié)助繞組取7匝。原邊采納線徑的銅線4線并繞，副邊采納9線并繞。輸出濾波器設(shè)計(jì)及計(jì)算因?yàn)椴杉{倍流同步整流，輸出濾波器的均勻電流只有輸出電流的一半。由：V=L(di/dt)可知電感L=Et/r*Io,此中Et為電感的伏秒數(shù)，r為輸出電流的紋波比，Io為電感均勻電流。為了達(dá)到紋波峰峰值小于10mV，我們?nèi)=400uH，能夠知足要求。輸出電容與電感一同，對(duì)于負(fù)載的能量傳遞和睦波克制有十分重要的作用。輸出電容我們采納大容量電解電容加高頻特征好的薄膜電容。依據(jù)C=Iout(max)*D/f*Vpp此中f=30KHz，Vpp=10mV，Iout=15A電解電容使用一個(gè)3300uF和兩個(gè)1000uF的電容并聯(lián)，薄膜電容使用兩個(gè)的并聯(lián)。反應(yīng)電路的計(jì)算反應(yīng)電路我們采納光耦PC817和精細(xì)基準(zhǔn)TL431。因?yàn)檩敵鲭妷簽?伏，并且TL431的基準(zhǔn)腳需要2uA的電流，所以分壓電阻都選為10k。PC871的電流傳輸比CTR約為~，即：Ic/If=CTR為了知足光耦和TL431的工作條件，取工作電流為3mA,與光耦串連的電阻R=歐，取470歐。則在知足增益的條件下，光耦輸出上拉電阻取為2k。為了讓反應(yīng)穩(wěn)固工作，需要加賠償網(wǎng)絡(luò)，我們采納II型賠償。由控制理論可知，電源閉環(huán)反應(yīng)的相位裕度需>=45度。因?yàn)檩敵鰹V波器是一個(gè)二階低通濾波器，會(huì)產(chǎn)生180度的最大相移，而TL431反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生相移，經(jīng)計(jì)算并實(shí)質(zhì)測(cè)試，賠償網(wǎng)絡(luò)的取值以下：控制電路設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是系統(tǒng)的重點(diǎn)部分，控制電路的利害直接影響電路的成效。為了達(dá)到較好的控制精度，我們采納光耦+431的反應(yīng)方法，將光偶的反應(yīng)信號(hào)輸?shù)狡罘糯笃鞯耐蚨?腳，將偏差放大器接成跟從器的形式。SG3525的內(nèi)部構(gòu)造以下：SG3525芯片的頻次范圍從100~500KHz，其輸出死區(qū)可經(jīng)過(guò)Rd調(diào)理。它的振蕩頻次可經(jīng)過(guò)f=1/(Ct+3Rd))計(jì)算獲得。此處Ct=1nF，Rt=24K，Rd=68，可獲得輸出頻次為30KHz。為了充分利用SG3525的特色，我們?cè)O(shè)置了軟啟動(dòng)和輸出過(guò)流保護(hù)。軟啟動(dòng)電容采納。輸出過(guò)流保護(hù)信號(hào)直接接到偏差放大器的輸出端，達(dá)到過(guò)流限流保護(hù)的作用。驅(qū)動(dòng)半橋我們采納集成驅(qū)動(dòng)芯片IR2110，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，有益于系統(tǒng)的調(diào)試。采樣保護(hù)電路設(shè)計(jì)為了防備輸出電流過(guò)大，設(shè)置輸出過(guò)流保護(hù)是十分必需的。因?yàn)檩敵鲭娏鞔?，為了達(dá)到較好的效率，我們使用歐的電阻。當(dāng)輸出電流達(dá)到過(guò)流點(diǎn)18A時(shí)，采樣電阻上的壓降為，經(jīng)INA155放大后，一方面送入單片機(jī)采樣顯示，另一方面與過(guò)流基準(zhǔn)比較，獲得過(guò)流信號(hào)，電路進(jìn)入限流保護(hù)模式。并且輸出過(guò)流點(diǎn)可由單片機(jī)調(diào)理，實(shí)現(xiàn)過(guò)流點(diǎn)步進(jìn)調(diào)理。輸出電壓相同經(jīng)分壓輸出到單片機(jī)顯示。三、系統(tǒng)調(diào)試調(diào)試階段。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源擾亂大，我們調(diào)試中碰到許多問(wèn)題。開(kāi)始就發(fā)現(xiàn)SG3525的驅(qū)動(dòng)波形有一些異樣，不是很穩(wěn)固，于是我們?cè)鰪?qiáng)了芯片的去耦設(shè)計(jì)，可是成效不大。以后我們發(fā)現(xiàn)SG3525的振蕩波形其實(shí)不穩(wěn)固，猜想可能是地回路上擾亂過(guò)大，于是我們?cè)谳斎攵即洗胖?，后振蕩波形穩(wěn)固，驅(qū)動(dòng)波形改良。在調(diào)整率測(cè)試階段，發(fā)現(xiàn)空載到滿載的輸出電壓變化較大，我們認(rèn)真查察了控制部分，發(fā)現(xiàn)采樣點(diǎn)的接地離TL431的地較遠(yuǎn)。于是我們將輸出電壓直接采樣，用雙絞線連結(jié)到TL431的接地端。測(cè)試結(jié)果表示調(diào)整率獲得了改良，達(dá)到了1%的負(fù)載調(diào)整率。四、測(cè)試結(jié)果與剖析1丈量效率滿載時(shí)輸出電流為15A，電壓，電流由萬(wàn)用表讀出。電壓25/VV30/V%%%滿載%%%效率/%%%%均勻值%%%由上可知：滿載效率達(dá)到要求不一樣負(fù)載下效率輸出電流5/A10/A15/A輸入電壓效率/%25/V%%%V%%%30/V%%%2紋波的丈量輸出紋波在滿載15A時(shí)丈量，由示波器讀出。電壓25/VV30/V紋波/mV由以上可得系統(tǒng)未達(dá)到輸出紋波小于等于10mV的要求負(fù)載調(diào)整率輸出電流0/A5/A10/A15/A輸入電壓輸出電壓/V25V30V由上可知：負(fù)載調(diào)整率為1%，知足系統(tǒng)要求電壓調(diào)整率輸入電壓25/VV30/V輸出電流輸出電壓/V0A5A10A15A預(yù)設(shè)過(guò)流點(diǎn)偏差測(cè)試條件：輸入電壓30V，預(yù)設(shè)值實(shí)質(zhì)值偏差值17A18A19A五、設(shè)計(jì)總結(jié)指標(biāo)對(duì)照經(jīng)過(guò)對(duì)照指標(biāo)和丈量結(jié)果，電源的效率，電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率均達(dá)到要求。實(shí)現(xiàn)了電壓、電流顯示和過(guò)流點(diǎn)控制。獨(dú)一的缺點(diǎn)是輸出的電壓紋波沒(méi)有達(dá)到指標(biāo)。若改良布局、減小漏感、使用高頻元件可進(jìn)一步減小輸出電壓紋波。設(shè)計(jì)小結(jié)本系統(tǒng)以半橋?yàn)橹魍負(fù)?，采納輸出倍流同步整流的設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)低壓大電流輸出的優(yōu)秀選擇。采納SG3525控制和集成驅(qū)動(dòng)芯片，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)固性。利用MSP430單片機(jī)對(duì)輸出顯示和控制，提升了系統(tǒng)的可視化和數(shù)字