**学院 **系 2012届 电子信息科学与技术专业 毕业设计
基于SG3525的DC/DC直流变换器的设计
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摘 要 本文调研分析了DC/DC变换器并联均流技术及其发展现状，介绍了集成芯片SG3525定频PWM的特点和主要功能，针对升压隔离推挽正激DC/DC变换器的工作原理及其特点，通过添加电流环为内环并将均流环和电压环并列，设计了一个基于改进式自主均流控制的DC/DC变换器并联系统。电源模块中，控制电路主要由电压霍尔元件，电流霍尔元件，集成运放LM324N，PWM芯片SG3525AN和隔离驱动电路构成，实现了DC/DC直流变换的作用。
关键词 SG3525； 改进式自主均流； 升压隔离型推挽正激； DC/DC变换
1 绪论
随着电能变换技术的发展, 功率MOSFET在开关变换器中开始广泛使用。为此, 美国硅通用半导体公司推出了SG3525, 以用于驱动沟道功率MOSFET。SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成控制芯片, 它简单可靠及使用方便灵活, 输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器, 有过流保护功能, 频率可调, 同时能限制最大占空比。
电源系统的发展趋势是采用新型功率器件实现高性能电源模块化，再通过并联进行扩容，从而充分利用新型开关器件的高频优势，如减小系统体积、降低噪音、提高动态响应速度等。
目前，大量电子设备，特别是计算机、通讯、空间站等大型设备，均要求组建一个大容量、安全可靠、不间断供电的电源系统。如果使用单台电源来供电，该变换器将处理巨大的功率，电应力很大，而电力电子器件性能有限，要将单台变换器的容量做的很大比较困难。与传统的单电源供电相比，并联电源系统具有很多优点，如可实现大电流、高效率；有较高的可靠性；能够实现电源容量的可扩充性；可降低成本投入等。因而，并联均流技术将在大功率电源系统的应用中起主导作用[1]。
电子技术不断快速发展，推动信息产业、电源设计行业的不断兴起，因此，学习知识必须更加注重理论紧密联系实际，掌握知识就要更加强调解决应用创新的能力。通过着重学会面对利用SG3525等典型集成控制芯片设计基于改进式自主均流法的并联控制系统这样一个实际问题，如何收集资料，如何学习新的知识，如何制定解决问题的方案，并通过设计过程不断地去分析和解决遇到的一切问题，最终完成课题设计并提出改进的设想，达到提升能力的目的，为今后工作奠定坚实基础。
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2 升压隔离型DC/DC变换器技术参数
升压隔离型DC/DC模块电路参数设计中推挽正激电路具有功率管电压尖峰小，导通损耗低，变压器磁芯利用率高等优点，比较适合于大电流低电压输入的中大功率场合
[2]
。
本文选用推挽正激电路作为DC/DC并联模块的主电路拓扑，应用SG3525与LM324
芯片设计了电源模块的电压电流双闭环控制电路。根据并联系统的要求，1 kW推挽正激主电路应达到如下技术指标： 输入电压：55~65 V DC； 输出电压：400 V DC； 额定功率：1 kW；
工作频率：50 kHz。
2.1 高频变压器设计
推挽正激变换器的高频变压器中电感电流连续的工作模式下输入输出电压增益为：
Uo?2DN (2.1) Uin 其中，D为占空比，N为变压器线圈匝数。 (1)磁芯型号选择
根据变压器的计算公式如2.2，可以计算所需要磁芯Ap值。
2TonPo?108 Ap?AwAe? (2.2)
?B?KcKwinj其中，Ton为开通时间，Po为额定功率，?B为变压器的磁通密度，?为变压器的效率，
Kwin为变压器磁芯填充系数，Kc为磁芯填充系数，j为允许的电流密度。
(2)计算原副边绕组匝数
在低压满载时输入电压Uin，开通时间Ton最大，故按输入电压最低和输出满载的状况下计算变压器原边绕组匝数如下公式所示： N1?UinmiTnsDmax (2.3)
?B?10?4?Ae?10?4 2
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副边绕组匝数如公式：
N2?U?O?UD?UIf?axUinmiDnm (2.4)
两式中Uinmax为输入最大电压，最大占空比Dmax取0.45；UO，UD，UIf分别为输出电压，二极管两端电压、电容两端电压。
2.2 输入滤波器设计
设计中，我们采用输入端并联大电容的方法来减小输入端电压的脉动量。半个周期内输入滤波电容向负载提供的能量约为公式：
Win?Po?2CinVin?Vin?min? (2.5) 2?f?为变压器的效率，f为主电路工作频率。式中Po为额定功率，取ΔVin?min?=1%Uin?min?，代入相关数据如输入滤波电容Cin，输入端电压Vin即可得到所求。
2.3 输出滤波器设计
输出滤波器的设计包括输出滤波电感的设计和输出滤波电容的设计，具体设计过程如下所示：
(1)输出滤波电感设计
电感电流临界连续工作电流Iocm =10%，输出电流Io=0.25 A，计算电感的公式如下：
?UoUo?1??UimaxN2N1?UIf?UD? Lf?2?2?fs?Iocm???? (2.6)
其中，UO为输出电压，Uimax为输入最大电压，UIf为电容两端电压，fs为工作频率。 根据AP法选择磁芯，将具体如参数代入式 2.7即可算得Ap。
ILfms?Lf?ILfmax?3? (2.7) Ap?Ae?Aw????4??BjKwin?10?max?绕组匝数N为： N?4LIpmaxBmaAxe?104 (2.8)
其中，Kwin为磁芯窗口系数，j为电流密度，Bmax为磁芯最大磁密ILfms=IO。
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**学院 **系 2012届 电子信息科学与技术专业 毕业设计 (2)输出滤波电容
要求输出电压的最大纹波值为ΔUo=100 mV，考虑到功率管和输出整流二极管开关造成的电压尖峰，令ΔUo=10 mV，ULf为电感两端电压，由式2.9可确定滤波电容的大小。
??Uo?Uo?1??UN/N?U?U?imax21LfD?? Cf? (2.9) 28Lf??2fs???Uo2.4 箝位电容的计算
推挽正激电路中箝位电容选可用下面公式得出： C?0.125NIoTs (2.10)
2?Uc将相关参数代入上式，当ΔUcinmin=10%U=5 V时，C取最大值，Cmax=5μF。
2.5 主功率管的选取
推挽正激电路中开关管的最高电压应力为两倍的最高输入电压。但是由于存在分布电感引起的电压尖峰和箝位电容的脉动，需要考虑较大的电压裕量。按照励磁电流为额定电流的5%计算，流过开关管的电流有效值为：
Iims?N2Io?1?5%?Dmax (2.11) N1考虑电路中的杂散参数，预留较大裕量，实验中，选取IXYS公司型号IXFK90N20的功率MOSFET，其耐压200 V，最大电流90 A。
2.6 整流二极管的选取
输出整流二极管所承受的最大电压应力为式：
N UDmax?2N1?Uinmax (2.12)
考虑1.5倍的安全裕量，可以选择耐压为1000 V的整流管。流过二极管的最大电流为副边绕组的最大电流，考虑2倍以上的裕量，二极管要选5 A以上的管子[3]。
3 升压隔离DC/DC并联电源系统设计方案
升压隔离DC/DC并联系统方案的设计流程图包括采样电路，隔离驱动电路，脉宽调
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制电路，并联均流控制电路，辅助电源来使其正常工作。 其并联电源系统的设计方案如下：
采样电路 辅助电源 隔离驱动 电路 脉宽调制 电路 并联均流控制电路
图3.1 系统方案流程图
3.1 并联均流控制电路原理
DC/DC变换器并联系统在稳态情况下输出稳定的直流电压，单个模块的输出电流将直接取决于该模块的等效空载电压和输出电阻的大小，这样参与并联的模块都可以等效为一个电压源(空载电压)和一个电阻(输出电阻)的串联，这种等效的方法有利于进一步研究DC/DC变换器并联时的电流分布情况。
图3.2为两个DC/DC电源模块在并联运行时的输出电流与输出电压关系曲线图。其中，图3.2(a)是两个DC/DC模块的输出阻抗相等(即输出特性曲线斜率相等)，而空载输出电压不相等时的情况，图3.2(b)是两个模块的空载输出电压相等，而输出阻抗不相等(即输出特性曲线斜率不相等)时的情况。
在采用并联技术实现分布式电源系统的同时，有必要采取一定的措施来保证每个模块平均分担总的输出电流(均流)。只有采取了有效的均流措施，才能保证系统稳定可靠的工作，发挥并联系统的优点。
(a)空载电压不同，输出阻抗相等 (b)空载电压相等，输出阻抗不同
图3.2 两个模块并联时输出电流和输出电压的关系
LM324由4组独立的高增益的、内部频率补偿、输入偏置电流是温度补偿的、单位
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