基于SG3525的帶過載保護開關穩壓電源設計

引言

　　近年來，隨著我國農產品需求量的增加，農業自動化水平的提高，以及大量農業機械、電氣照明和溫控設備的增加，農業電耗逐年增加，生產成本不斷提高。隨著電子技術的迅猛發展，開關穩壓電源已作為一種較理想的電源為人們所使用，其運用功率變換器進行電能變換，能夠在滿足各種農業用電的前提下，降低電耗，其高效節能可帶來巨大的農業經濟效益。然而當前的農業用開關穩壓電源，雖然體積小，效率高，但輸出電壓的紋波較大 ,難以保證輸出電壓高穩定性，常常影響農用機械和電氣設備的連續生產，反而增加了耗能。為此，本文提出一種新的帶過載保護的開關穩壓電源設計方案，能為農用大型機械和農業照明設備電路提供穩定的電源，具有比較廣闊的應用和發展前景。

　　1 　方案論證

　　1. 1 　DC2DC主回路拓撲電路方案論證

　　目前，DC2DC 主回路設計方案可考慮的方案有3 種。

　　（1）單端正激式電路。該電路的電路原理圖如圖1 所示。

　　該方案結構簡單，成本低，但變壓器鐵心易磁化，MOS 管導通時向負載供電，變壓器并沒有實現充分利用，效率不高，而且輸出電壓紋波大。該方案實現簡單，目前為大部分農業機械和電器設備采用，但難以保證穩定持續的工作，應用效果并不理想。

　　（2）全橋整流式電路。圖2 所示為全橋整流式電路。該方案采用了4 個MOS 管，工作時對管同時導通，半周期內Q1、Q3 導通，Q2、Q4 截止，然后Q2、Q4 導通，Q1、Q3 截止。這樣的工作方式使每半周期都有2 個MOS 管來分壓，對MOS管的耐壓要求就降低了，適用于高壓場合，但由于使用了4個MOS 管，使得損耗功率增加，開關損耗同時增加。考慮到農業機械一般功率較大，采用該方案必然降低電能利用率，導致大量的能耗損失。

　　（ 3）雙管推挽放大電路。圖3所示為雙管推挽放大電路。該方案采用了2 個MOS 管輪流導通，比采用4 個MOS管損耗低，而且輸出電壓比單端方式的要穩，為達到設計所需要的效率，本文選用了該方案。

　　1. 2 　控制方法及方案論證

　　1. 2. 1 　鍵控、穩壓及顯示控制

　　常用的方案有2 種。

　　（1）數字芯片方案。采用數字電路搭建控制平臺，用tlc4066 與74ls07 通過按鍵用74ls07 計數，并通過4066 來選通分壓電阻的電壓，輸入給PWM芯片，從而控制輸出電壓。用A/ D 采樣給數碼管顯示，但A/ D 控制不易實現而且顯示部分電路難以實現。

　　（2）嵌入式方案。采用51 單片機小系統板對PWM芯片進行控制，并對A/ D 和D/ A 進行控制和采樣。采用以7279 為核心的按鍵掃描顯示模塊進行鍵控和顯示。該方案編程比較容易，控制很方便，顯示也很容易實現。經綜合比較考慮，筆者選擇采用嵌入式解決方案。

　　1. 2. 2 　PWM芯片的選取

　　TL494 是很常用的PWM芯片，但是外圍電路復雜，缺少圖騰柱式輸出，且驅動能力不強。而SG3525 芯片的驅動能力要比TL494 強，性能穩定，并且以圖騰柱式輸出，驅動變壓器設計簡單，外圍電路比TL494 簡潔。

　　因此，PWM芯片的設計中選用SG3525。

　　1. 2. 3 　過流保護自動控制

　　（1）純硬件實現自動保護控制。在負載端采樣電壓，通過一個比較器輸出一個電平控制可控硅的導通，由可控硅的狀態來控制SG3525 的shutdown 端，從而控制輸出狀態。當負載正常時可控硅關斷，shutdown 端為低電平，芯片正常工作；當負載過流時，通過取樣電阻給比較器輸出一個高電平，高電平通過一個電容送到一個與可控硅并聯的三極管基極，使三極管導通，從而關斷可控硅。該方案邏輯關系很強，參數選擇嚴格，不容易實現，不適用于該系統。

　　（2）軟件實現自動保護控制。在負載端采樣電壓，通過單片機來查詢負載電平的高低控制SG3525 芯片的shutdown 端口來控制輸出，從而達到保護的目的。該方法簡單，且為后續智能化過載保護的實現提供基礎。通過對該電源電路進行方案論證，該系統的原理圖如圖4 所示。