本文介紹了以SG3525為控制芯片、采用半橋變換的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸出為恒壓/恒流12V/20A，負(fù)載輸出小于0.6W時(shí)，為恒流工作模式，當(dāng)負(fù)載大于0.6W時(shí)，其工作在恒壓模式，電源在最大輸出功率240W，且電流均勻可調(diào)、較寬輸入電壓范圍、低輸出紋波的大功率LED電源。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的電源主要包含輸入保護(hù)、EMI濾波電路、全橋整流電路、半橋式DC-DC變換電路、反饋電路和控制驅(qū)動(dòng)電路部分等，其大體電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。交流電壓輸入后，經(jīng)過(guò)EMI濾除電源工作中所產(chǎn)生的電磁干擾，然后整流。經(jīng)過(guò)對(duì)負(fù)載的電流、電壓進(jìn)行取樣，由控制電路反饋到控制電路，最后通過(guò)改變兩個(gè)MOSFET管占空比，實(shí)現(xiàn)精確的電流或電壓控制。

圖1 ?電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電源的主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用半橋式變換器如圖1所示，它是在推挽變換器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它包括兩只功率開(kāi)關(guān)管構(gòu)成半橋、兩個(gè)電容、高頻變壓器等組成。橋式電路將輸入的直流電轉(zhuǎn)換成高頻方波交流，再經(jīng)高頻變壓器降壓及副邊高頻整流、濾波后輸出直流，適用于輸出功率較大的場(chǎng)合，屬于隔離式變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

控制、驅(qū)動(dòng)電路由專用的集成芯片SG3525及其外圍電路構(gòu)成PWM調(diào)制，該芯片調(diào)制范圍為100～400kHz，當(dāng)選取頻率過(guò)低時(shí)輸出波形脈動(dòng)比較大，若是要求輸出波形較好，頻率應(yīng)高于20kHz，頻率過(guò)高則對(duì)開(kāi)關(guān)管要求高，成本要高出很多，市場(chǎng)上開(kāi)關(guān)頻率一般為50～100kHz［1－4］，綜合考慮下，本設(shè)計(jì)采用60kHz。

2、SG3525控制芯片介紹及設(shè)置

2.1、芯片結(jié)構(gòu)及特性

SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，由基準(zhǔn)電壓調(diào)整器、振蕩器、誤差放大器、比較器、鎖存器、欠壓鎖定電路、閉鎖控制電路、軟起動(dòng)電路和輸出電路構(gòu)成。

圖2 芯片SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

通過(guò)調(diào)節(jié)SG3525的5腳上的電容和6腳上的電阻改變輸出控制信號(hào)PWM的頻率；調(diào)節(jié)9腳COMP的電壓可以改變輸出脈寬，這些功能可以改善開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性能和簡(jiǎn)化控制電路的設(shè)計(jì)。

2.2、芯片主要功能

（1）欠壓鎖定功能

當(dāng)15管腳電壓Vc小于8V時(shí)，由于設(shè)置了欠壓鎖定電路，欠壓鎖定器輸出一個(gè)高電平信號(hào)，再經(jīng)過(guò)或非門輸出轉(zhuǎn)化為一個(gè)低電平信號(hào)輸出到T1和T5的基極，晶體管T1和T5關(guān)斷，SG3525的13腳輸出為Vc，11腳和14腳無(wú)控制輸出，從而實(shí)現(xiàn)欠壓鎖定。

（2）系統(tǒng)的故障關(guān)閉功能

當(dāng)系統(tǒng)過(guò)流時(shí)，過(guò)流保護(hù)電路將輸送給10腳一個(gè)高電平，由于T3基極與兩個(gè)或非門相連，故障信號(hào)產(chǎn)生的關(guān)閉過(guò)程與欠電壓鎖定過(guò)程類似。

（3）軟起動(dòng)功能

軟啟動(dòng)功能主要是由T3、8管腳外接的電容C3和鎖存器實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)出現(xiàn)欠壓或者有過(guò)流故障時(shí)，欠壓鎖定器的高電平傳到T3晶體管基極，T3導(dǎo)通為8引腳的外接電容C3提供放電的途徑，C3經(jīng)T3放電到零電壓后，限制了比較器的PWM脈沖輸出，使PWM比較器輸出為高電平，PWM高電平經(jīng)PWM鎖存器輸出至或非門仍為恒定的邏輯高電平，晶體管T1和T5關(guān)斷，封鎖輸出。當(dāng)故障消除后，欠壓鎖定器輸出恢復(fù)為低電平正常值，T3截止，C3電容由50μA電流源緩慢充電，C3充電對(duì)PWM比較器和PWM鎖存器的輸出產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)兩個(gè)或非門的輸出脈沖產(chǎn)生影響，其結(jié)果是使輸出脈沖由窄緩慢變寬，只有C3充電結(jié)束后，脈沖寬度不受C3充電的影響。

（4）延時(shí)回路

在可逆變換器中，跨接在電源U1兩端的上、下兩個(gè)MOSFET管交替工作，由于管子有一定的時(shí)間關(guān)斷。如果在此期間另一個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管已經(jīng)導(dǎo)通，則將造成上下兩管短路導(dǎo)通（直通）。為了避免直通，設(shè)置了由R、C電路構(gòu)成的邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)。保證兩個(gè)管子導(dǎo)通間隔3μs。

2.3、SG3525外圍電路

本文欲采用60kHz的脈沖，根據(jù)：

則設(shè)置CT=4700pF，RT=5.1kW，RD=100W。8管腳接的軟啟動(dòng)電容取0.1μF，13管腳接0.1μF電容濾去輸出電壓尖峰，2管腳由16管腳提供的5.1V電壓設(shè)置反饋的給定電壓。3、4、12管腳直接接地。

3、Matlab仿真搭建

3.1、控制芯片的模擬

利用MATLAB/smiulink庫(kù)中的RepeatingSequenceInterpolated模型產(chǎn)生三角波，模擬SG3525的振蕩回路，芯片SG3525的外圍電路設(shè)計(jì)如圖3所示。脈沖發(fā)生器起脈沖波形分配的作用，設(shè)定輸出波形的頻率為30kHz，通過(guò)與非門配合把Relay所產(chǎn)生的60kHz脈沖波形進(jìn)行分配，產(chǎn)生A、B輸出端的脈沖波形［9］，芯片功能的模擬如圖4所示。

圖3 ?芯片SG3525的外圍電路設(shè)計(jì)

圖4 ?芯片功能的模擬

利用過(guò)流保護(hù)功能，在本系統(tǒng)中模擬過(guò)壓保護(hù)功能，當(dāng)Dish端的輸入值大于12的時(shí)候，經(jīng)過(guò)Relay1與邏輯非門的作用，產(chǎn)生一個(gè)低電平，從而封鎖A、B端的輸出。

3.2、電流/電壓反饋控制的模擬

電壓、電流反饋仿真如圖5所示，設(shè)定恒流反饋的采樣電阻為0.0036W，恒壓反饋直接反饋負(fù)載兩端電壓。CC為恒流反饋，CV為恒壓反饋。目標(biāo)恒流為20A，則當(dāng)檢測(cè)恒流采樣電壓小于0.072V時(shí)，則反饋為恒壓CV，同時(shí)檢測(cè)的還有設(shè)定值檢測(cè)，則此時(shí)反饋恒壓12V的設(shè)定值。當(dāng)檢測(cè)到恒流采樣電壓不是0.072V時(shí)，則反饋為恒流CC，同時(shí)檢測(cè)的還有設(shè)定值檢測(cè)，則此時(shí)反饋為0.072V，即20A的設(shè)定值。

圖5 ?電流/電壓反饋控制選擇的模擬

4、仿真驗(yàn)證

系統(tǒng)整體仿真如圖6所示，仿真參數(shù)中輸入電壓為85～265V，仿真時(shí)間為4s，兩個(gè)半橋電容值為470mF，變壓器容量為500VA，變比為3∶1；電流采樣電阻為0.0036W，全橋的濾波電容為11mF，輸出濾波電容為4700mF。

圖6 ?系統(tǒng)整體仿真

仿真結(jié)果如下：

（1）恒流下，220V輸入電壓，0.1W負(fù)載和0.6W負(fù)載，輸出電流波形。

由圖7、圖8可知，當(dāng)負(fù)載0.1W和0.6W都能夠恒流在20A，且負(fù)載0.1W和0.6W超調(diào)量都很低分別是1%和2.5%以內(nèi)，當(dāng)負(fù)載是0.6W時(shí)紋波比0.1W時(shí)稍大為2%。

（2）恒壓下，220V輸入電壓，1W負(fù)載和10W負(fù)載，輸出電壓波形。

由圖9、圖10可知，當(dāng)負(fù)載大于0.6W時(shí)，電壓可以穩(wěn)定在12V，隨著負(fù)載的增大紋波漸大，但在實(shí)際的電路中，如果對(duì)輸出加入穩(wěn)壓管，對(duì)電壓的穩(wěn)定有幫助。

（3）220V輸入電壓，0.3W負(fù)載，當(dāng)出現(xiàn)0.5s瞬時(shí)斷電恢復(fù)后，輸出波形。

當(dāng)電源工作在恒流狀態(tài)，模擬電網(wǎng)一般出現(xiàn)的瞬時(shí)斷電0.5s，如圖11可知，負(fù)載兩端掉電時(shí)間為0.25s最小為18A恢復(fù)時(shí)間不到0.1s，滿足要求。

（4）0.3W負(fù)載，85V和265V輸入電壓波形對(duì)比。

由圖12、圖13可知，當(dāng)輸入為265V時(shí)，響應(yīng)時(shí)間大致為0.3s，輸出紋波小于1.5%。當(dāng)輸入電壓為85V時(shí)，輸出紋波小于1%，但是響應(yīng)時(shí)間較慢為1.7s，如果減小變壓器的變比或提高半橋上的電容，則會(huì)讓響應(yīng)時(shí)間大為減小。

5、結(jié)論

本文概述了基于SG3525半橋電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)主電路做了簡(jiǎn)要介紹，對(duì)SG3525做了詳細(xì)研究，在此基礎(chǔ)上，利用MATLAB對(duì)系統(tǒng)做了細(xì)致的仿真驗(yàn)證。利用SG3525芯片作為該電源的控制芯片，具有精度高，外圍電路簡(jiǎn)單，使電源的整個(gè)結(jié)構(gòu)和成本大為簡(jiǎn)化和降低。