开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。其中, 在半桥式变换器电路中, 变压器初级在整个周期中都流过电流, 磁芯利用得更加充分。它克服了推挽式电路的缺点, 所使用的功率晶体管耐压要求较低; 晶体管的饱和压降减少到了最小; 对输入滤波电容使用电压要求也较低。由于以上诸多原因, 半桥式变换器在高频开关电源设计中得到广泛的应用。因此本设计采用半桥方式。

原理

半桥式开关电源主电路如图1 所示。图中开关管S1, S2 选用MOSFET, 因为它是电压驱动全控型器件,具有驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快及安全工作区大等优点。半桥式逆变电路一个桥臂由开关管S1,S2 组成, 另一个桥臂由电容C1, C2 组成。高频变压器初级一端接在C1, C2 的中点, 另一端接在S1, S2 的公共连接端, C1, C2 中点的电压等于整流后直流电压的一半,即V i/ 2。开关S1, S2 交替导通就在变压器的次级形成幅值为V i/2的交流方波电压。通过调节开关的占空比, 就能改变变压器二次侧整流输出平均电压V o。图1 中, R1, R 2 是并联均压电阻; C3 是耦合电容,其作用是防止由于两个开关管的特性差异而造成变压器磁芯饱和, 从而提高半桥逆变电路的抗不平衡能力,C3 要选择ESR 小的无极性电容。T101 为初级电流检测用的电流互感器, 作为电流控制时的电流取样用。

220 V 交流电压经过半桥整流滤波后, 得到约200 V 的直流电压, 再加到半桥功率变换器上, 用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率MOSFET 管, 通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压, 然后经半桥全波整流和滤波输出电压V o , 该电压再经电压反馈电路, 校正PWM占空比, 即可得到稳定的直流输出电压V o。

参数整定：

最大电压： 由于电网的波动200-240之间 整流滤波后的电压V i=0.9U2COSa,a=0时的电压约为180-220V

变压器变比：  原边变压器电压经电容C1、C2分压后的输入电压为V i/2=90-110v，90V设占空比为0.9，电压器输入电压值应为Vin=90V*0.9=81V

110V占空比为D=0.74,

故占空比在0.74-0.9之间选择。

复边电压减去输出回路二极管压降为V d 取V d = 1 V , 则变压器副边电压U2 为U2=Vo+Vd=24+1=25V。

故原副边匝数比为N1/N2=81V/25V取16：5,

电源功率为Po=Uo*Io=24V*20A=480W

故变压器功率选择为：P=U2*Imax=25V*20A=500W

参数2 L选择

电流连续要求

 此值要除以2 --由于开关频率实际为2*fs

L>=24*(1-0.74)/(2*2*50000*5)=6.24uH

 =24*(1-0.74)/(2*50000*6.24u)=6.24A

 =20+5=23A

所以考虑安全系数可取MOSFET管为500V/25A以及快速恢复二级管。

纹波要求

 由于要求为0.25V及上式要小于0.25/20=0.01

 =2*50000*1/3.14=8.83Khz

 =1/(4*3.14*3.14*L*Fc*Fc)=32.5uF

取33uF

=0.009

满足条件

开关频率对电源的体积、重量等影响很大。开关频率越高, 变压器磁芯就会选得更小, 输出滤波电感和电容体积也会减小, 但开关损耗增加, 效率下降, 散热器体积加大。综合考虑两方面, 设定其工作频率为fs= 50kHz。

 控制电路：

PWM 控制电路采用美国硅通用电气公司的SG3525A 控制芯片。该芯片的输入电压工作范围是8～35 V , 通常可取+ 15 V; 振荡频率是100～ 500 kHz, 芯片的脚5 和脚7 间串联一个电阻Rd 就可以在较大范围内调节死区时间。另外, 它的软启动电路也非常容易设计, 只需在管脚8 接一个软启动电容即可。控制信号经过光电耦合驱动MOSFET。