第16课 半桥式电源原理设计
开关电源半桥和全桥推挽电路工作原理
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半桥式开关电源原理
一种基于SG3525的半桥高频开关电源唐军，尹斌，马利军河海大学电气工程学院，江苏南京（210098 ）E-mail：jeefrain@摘 要：文中简要介绍了SG3525芯片的功能及内部结构，介绍了一款基于SG3525芯片的半桥高频开关电源。
给出了高频变压器、PWM 控制电路的设计方法，并给出了实验结果。
关键词： SG3525、开关电源、半桥、高频变压器1. 引言随着PWM技术的不断发展和完善，开关电源以其高的性价比得到了广泛的应用。
开关电源的电路拓扑结构很多, 常用的电路拓扑有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。
其中, 在半桥电路中, 变压器初级在整个周期中都流过电流, 磁芯利用充分，且没有偏磁的问题，所使用的功率开关管耐压要求较低，开关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。
2. SG3525芯片的工作原理PWM控制芯片SG3525 具体的内部引脚结构如图1及图2所示。
其中，脚16 为SG3525 的基准电压源输出，精度可以达到（5.1±1％）V，采用了温度补偿，而且设有过流保护电路。
脚5、脚6、脚7 内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。
振荡器还设有外同步输入端(脚3)。
脚1 及脚2 分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。
该放大器是一个两级差分放大器，直流开环增益为70dB 左右。
根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9 和脚1 之间一般要添加适当的反馈补偿网络。
图1 SG3525的引脚1图2 SG3525的内部框图3. 电源系统介绍本文设计的是250v/3A的半桥高频开关电源，电路由主电路和控制电路组成。
3.1 主电路结构及其工作原理半桥式开关电源主电路如图3 所示。
图中开关管Q1、Q2 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。
半桥式开关电源设计
半桥式开关电源设计半桥式开关电源是一种常见的开关电源拓扑结构，广泛应用于电子设备中。
在半桥式开关电源中，将整个电源线路分为两个部分，每个部分分别由一个开关管和一个变压器组成。
这种设计能够提高电源的效率和功率密度，同时减少传导和辐射干扰。
1.选择开关管和变压器：开关管应具有较低的导通压降和开关损耗，以提高电源的效率。
变压器的选择应考虑到输入和输出电压的比例，同时保证在额定功率下具有足够的绝缘和耐压性能。
2.设计谐振网络：为了减少开关管的开关损耗和变压器的电流冲击，通常在输入端设置一个谐振网络。
谐振电容和电感的选择应确保在整个工作频率范围内实现临界谐振。
3.选择电源控制芯片：电源控制芯片是半桥式开关电源的核心组件，负责监测输入和输出电压，并根据需求控制开关管的导通和关断。
选择合适的电源控制芯片应考虑到电源的额定功率、工作频率和保护功能等。
4.控制策略设计：半桥式开关电源的控制策略包括电源开关频率调制和输出电压调节。
电源开关频率调制通过调整开关管的导通时间来实现，可以根据负载需求进行动态调整。
输出电压调节通常采用反馈控制，通过监测输出电压并调整开关管的导通时间来实现。
5.保护电路设计：保护电路是半桥式开关电源设计中不可或缺的部分，可以确保电源在故障情况下自动断开。
常见的保护电路包括过电流保护、过温保护和过压保护等。
6.PCB布局和散热设计：半桥式开关电源的布局和散热设计对电源的性能和可靠性有重要影响。
合理的PCB布局可以减少电源线路的互感和耦合，同时提供良好的散热通道，确保开关管和变压器的温度在可控范围内。
以上是半桥式开关电源设计的基本步骤，其中每个步骤都需要深入研究电源的性能需求和器件的选型。
在设计过程中还需要进行电源的仿真和测试，以确保设计的可靠性和稳定性。
同时，还需要考虑到电源的EMC（电磁兼容）设计，以减少传导和辐射干扰对其他设备的影响。
总之，半桥式开关电源的设计是一个综合性的工程，需要仔细考虑电源的性能需求和设计要求，选择合适的器件和控制策略，进行合理的布局和散热设计。
半桥电源原理
半桥电源原理
半桥电源原理是一种常见的电源拓扑结构，用于转换直流电压为交流电压，主要应用于交流电机驱动、逆变器等电力电子设备中。
其原理基于半导体开关的开关动作和电源电压的变换来实现电压转换。
半桥电源由两个功率开关管和变压器组成，其中一个开关管受控制信号控制，另一个开关管则是通过正弦波触发器控制。
变压器的一侧接直流电源，并连接一个滤波电容，另一侧则输出交流电压。
工作原理如下：当控制信号触发的开关管导通时，将直流电源的正极连接到变压器的一侧，同样地，当正弦波触发器触发的开关管导通时，将直流电源的负极连接到变压器的一侧，这个过程会反复进行。
当开关管导通时，直流电源的电流会通过变压器，变压器中的铁芯将磁能存储起来。
当开关管截止时，由于铁芯中的磁场发生变化，会引起变压器中的电感产生感应电动势，从而将储存的磁能转化为电能，并通过输出侧的滤波电容输出为交流电压。
这样，通过不断地开关动作，就可以实现从直流电压到交流电压的转换。
半桥电源的优点在于其简单的结构以及高效率。
在交流电机驱动中，半桥电源可以实现电机的转向控制和速度调节，提供了更广泛的应用。
此外，半桥电源还可以在逆变器应用中将直流电压转换为交流电压，用于家庭电器等领域。
总的来说，半桥电源原理通过控制开关管的导通和截止来实现直流电压到交流电压的转换，其简单可靠的结构使其在电力电子设备中得到广泛应用。
半桥式开关电源设计 电力电子技术课设
半桥式开关电源设计电力电子技术课设半桥式开关电源是一种常用的电力电子器件，广泛应用于各种电子设备中。
它具有高效率、稳定性好、体积小等优点，因此在电力电子技术领域中具有重要意义。
本文将介绍半桥式开关电源设计的背景和重要性。
本文档旨在说明设计半桥式开关电源的具体目标和要求。
以下是设计目标的详细说明：设计目标一：高效能通过优化电路拓扑和元件参数，实现高效的能源转换。
目标是在不牺牲电源稳定性的前提下，最大程度地减少能量损耗。
设计目标二：稳定性保证电源输出的稳定性和可靠性，以满足应用领域对电源质量的要求。
应考虑并解决可能存在的振荡、噪音和波动等问题。
设计目标三：自保护在电路发生异常情况（如过载、过温、短路等）时，能够及时自动切断输出，以保护电源和电路的安全性。
设计应考虑采用适当的保护措施，如过流保护、过温保护和过压保护。
设计目标四：成本效益在满足上述要求的前提下，尽量降低设计成本。
可通过选择适当的元件、合理布局和设计简洁的控制电路等方式来实现成本效益。
设计目标应指导整个半桥式开关电源的设计过程，确保设计出满足要求的高效、稳定、可靠且经济的电源系统。
选择元器件选择开关电源中的主要元器件，包括半桥式开关管、电、电感器等。
根据具体需求和性能要求，选择合适的型号和规格。
确定输入电压范围和输出功率，并根据这些数据选择合适的元器件参数。
电路分析进行半桥式开关电源的电路分析，包括开关管工作原理、电流路径等。
分析电路中的电流、电压、功率等参数，计算电路的效率和损耗。
电路优化根据电路分析的结果，进行电路优化。
可以尝试调整元器件参数、改进电路拓扑结构等方法来提高电路的性能。
优化电路的效率、稳定性和功率因数等指标，以满足设计要求并提高整体性能。
仿真验证使用电路仿真软件，如LTspice等，对设计的半桥式开关电源进行仿真验证。
分析仿真结果，验证电路的性能、稳定性和效率等指标是否满足设计要求。
硬件实现根据设计和仿真结果，进行半桥式开关电源的硬件实现。
开关电源半桥电路原理及注意事项
开关电源半桥电路原理及注意事项开关电源半桥电路原理及注意事项我们先来了解一下半桥电路的基本拓扑：上图半桥电路的基本拓扑电路图。
电容器C1和C2与开关管Q1、Q2组成桥，桥的对角线接变压器T1的原边绕组，故称半桥变换器。
如果此时C1=C2，那么当某一开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半。
半桥电路工作原理：Q1开通，Q2关断，此时变压器两端所加的电压为母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。
Q1关断，Q2关断，此时变压器副边两个绕组由于整流二极管两个管子同时续流而处于短路状态，原边绕组也相当于短路状态。
Q1关断，Q2开通。
此时变压器两端所加的电压也基本上是母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。
副边两个二极管完成换流。
半桥电路中应该注意的几点问题：1、偏磁问题原因：由于两个电容连接点A的电位是随Q1、Q2导通情况而浮动的，所以能够自动的平衡每个晶体管开关的伏秒值，当浮动不满足要求时，假设Q1、Q2具有不同的开关特性，即在相同的基极脉冲宽度t=t1下，Q1关断较慢，Q2关断较快，则对B点的电压就会有影响，就会有有灰色面积中A1、A2的不平衡伏秒值，原因就是Q1关断延迟。
如果要这种不平衡的波形驱动变压器，将会发生偏磁现象，致使铁心饱和并产生过大的晶体管集电极电流，从而降低了变换器的效率，使晶体管失控，甚至烧毁。
在变压器原边串联一个电容的工作波形图解决办法：在变压器原边线圈中加一个串联电容C3，则与不平衡的伏秒值成正比的直流偏压将被次电容滤掉，这样在晶体管导通期间，就会平衡电压的伏秒值，达到消除偏磁的目的。
用作桥臂的两个电容选用问题：从半桥电路结构上看，选用桥臂上的两个电容C1、C2时需要考虑电容的均压问题，尽量选用C1=C2的电容，那么当某一开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半，达到均压效果，一般情况下，还要在两个电容两端各并联一个电阻(原理图中的R1和R2)并且R1=R2进一步满足要求，此时在选择阻值和功率时需要注意降额。
半桥式(SPS)工作原理讲解PPT课件
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❖ +3.3V輸出電路的工作原理。习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
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半橋式(POWER)工作 原理講解
AC輸入電路原理圖
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N
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CY1
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❖ 保險絲(FS1)的用途及使用方法;
22uf5010uf50v電解電容開關電路晶體管ccee极電壓波形极電壓波形驅動電路加速電容電壓波形驅動電路加速電容電壓波形5vstand5vstandby電路原理圖電路原理圖r3r5c4d3r6d5d9c15d7c13c18r28l2c8r16r30u1q3r8r4zd1r9q4c9c10r7t2r27r26r19u2c11inputvcc5v5vstand5vstandby電路工作原理電路工作原理5vsb5vsb開關晶體管開關晶體管ccee极電壓波形极電壓波形5vsb5vsb整流二极體電壓波形整流二极體電壓波形控制電路原理圖控制電路原理圖vccgndricompvrefoppv33v5v12pgpsonfbc2c1ss161110r36d2712v5vd2414151312pson5vpg33v5vr46r39r62r60r57r45r51c24c26c21r35r41r42r44r63r58r4712vc30c20r38d275vt2r34r29q5q6r37r33c17d21d12d16d1933v反饋控制電路工作原理講解控制電路工作原理講解差動放大器的工作原理
半桥型开关稳压电源设计概要
半桥型开关稳压电源设计概要半桥型开关稳压电源（Half-Bridge Switching Regulated Power Supply）是一种常用的稳压电源设计方案。
它通过使用半桥拓扑结构和开关管进行高效的电压变换和稳压功能。
本文将详细介绍半桥型开关稳压电源的设计概要，包括其工作原理、主要组成部分以及设计要点。
希望能给读者提供有价值的信息和指导。
第一部分：工作原理半桥型开关稳压电源的基本工作原理是将输入电压经过整流滤波后，进入半桥拓扑结构中。
在半桥拓扑中，通过控制开关管的开关动作，可以实现对输出电压的调节和稳定。
开关管的开关动作产生高频脉冲信号，在同步整流器的作用下，经过滤波电容产生平滑的直流输出电压。
第二部分：主要组成部分1.输入滤波电路：主要由电源线滤波器和整流桥组成，用于对输入电压进行滤波和整流，减少电源的高频噪声。
2.半桥拓扑结构：由两个开关管和两个反极性二极管组成，其中一个开关管控制正极性瞬时输出，另一个开关管控制负极性瞬时输出。
通过控制两个开关管的开关动作，可以实现对输出电压的调节和稳定。
3.控制电路：主要由斩波器、驱动电路和反馈电路组成。
斩波器负责对两个开关管的触发信号进行脉冲宽度调制，驱动电路负责将斩波器生成的信号转化为开关管的驱动信号，反馈电路负责对输出电压进行反馈调节，保持输出电压的稳定性。
4.输出滤波电路：由电感和滤波电容组成，用于平滑输出电压，减少输出电压的纹波。
第三部分：设计要点设计半桥型开关稳压电源时需要注意以下要点：1.输入电压范围：根据实际需求选择适当的输入电压范围。
通常可以选择宽电压范围的开关电源模块，也可以通过选用不同的电源变压器进行调节。
2.输出电压和电流：根据实际需求确定输出电压和电流的大小。
可以通过选择不同的电感和电容参数进行调节。
3.开关管和反极性二极管：选择低导通压降和低反向恢复时间的开关管和反极性二极管，以提高电源的效率和稳定性。
4.控制电路设计：合理设计斩波器、驱动电路和反馈电路，确保开关管和反极性二极管的工作正常，以及输出电压的稳定性。
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匝比用下公式计算： Np/Ns=Upmin/Vop
这里的Vop由三方面决定：Vout=Vo+Vo×10%=17.6V； 二极管压降：Vd=1V；
滤波电感压降：VL=0.2V； 输出占空比为：0.8，则： Vop=（Vout+Vd+VL）/0.8=23.5V，所以： Ns=Np×Vop/Upmin=10×23.5/105.6=2.3这里取2匝。
2020/11/16
磁芯选用
选取磁芯材料和磁芯结构 ： 选用R2KB铁氧体材料制成பைடு நூலகம்EE型铁氧体磁
芯。其具有品种多，引线空间大，接线操作方 便，价格便宜等优点。 确定工作磁感应强度Bmax ：
R2KB软磁铁氧体材料的饱和磁感应强度 Bsat=0.47T，考虑到高温时Bsat会下降，同时 为防止合闸瞬间高频变压器饱和，选定磁感应 强度Bmax=Bsat/3=0.15T。
由厂家手册知，EE55磁芯的Ae=3.54cm2，Ac=3.1042cm2,则 Ae×Ac=10.9cm4，EE55磁芯的Ae×Ac值大于计算值，选定该磁芯。
2020/11/16
计算原副边绕组匝数1
按输入电压最低及输出满载的情况（此时占空 比最大）来计算原副边绕组匝数，已知 Uinmin=176V经整流滤波后直流输入电压 Udcmin=1.2×176=211.2V；
2020/11/16
主要技术指标
1）交流输入电压AC220V±20％； 2）直流输出电压4～16V可调； 3）输出电流0～40A； 4）输出电压调整率≤1％； 5）纹波电压Up p≤50mV； 6）显示与报警具有电流/电压显示功能及
故障告警指示。
2020/11/16
基本工作原理及原理框图
220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到约300V 的直流电压加到半桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列 脉冲信号去驱动功率MOS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，经整流滤波反馈控制后可得到 稳定的直流输出电压。
2020/11/16
磁芯选用
计算并确定磁芯型号 ： 磁芯的几何截面积Ae和磁芯的窗口面积Ac与输出功率Po存在一定的函数
关系。对于半桥变换器，当脉冲波形近似为方波时为： Ae×Ac=Po×104/2.6η×fs×Bmax×d×Kc×Ku （1） 式中η——效率；
d——电流密度，一般取300～500A/cm2 ； Kc——磁芯的填充系数，对于铁氧体Kc=1； Ku——铜的填充系数，Ku与导线线径及绕制的工艺及绕组数量等有关，一 般为0.1～0.5左右。 各参数的单位是： Po—W，Ae—cm2，Ac—cm2，Bmax—T，fs—Hz，d—A/cm2。 取Po=640W，Ku=0.3，d=300A/cm2，η=0.8，Bmax=0.15T，代入式（1）得 Ae×Ac=4.558cm4
2020/11/16
主要功能描述
交流EMI滤波及整流滤波电路
2020/11/16
主要功能说明
电子设备的电源线是电磁干扰（EMI）出入电子设备的一个重 要途径，在设备电源线入口处安装电网滤波器可以有效地切断这 条电磁干扰传播途径，本电源滤波器由带有IEC插头电网滤波器 和PCB电源滤波器组成。IEC插头电网滤波器主要是阻止来自电网 的干扰进入电源机箱。PCB电源滤波器主要是抑制功率开关转换 时产生的高频噪声。
对于半桥电路、功率变压器初级绕组上施加的 电压等于输入电压的一半，即： Upmin=Udcmin/2=105.6V 设最大占定比：Dmax=0.9，则： Tonmax=T×Dmax=20×0.9=18μs
2020/11/16
计算原副边绕组匝数2
可以用下公式计算： Np=（Upmin×105）/4×fs×Bmax×Ae =105.6×105/4×50×103×1.5×3.54 =9.9=10
2020/11/16
计算原副边绕组线径
原边绕组的线径： Irms=2.79Po/Upmin=2.79×640/105.6 =17A
半桥开关电源的设计
在科研、生产、实验等应用场合，经常用 到电压在5～15V，电流在5～40A的电源。而 一般实验用电源最大电流只有5A、10A。为此 专门开发了电压4V～16V连续可调，输出电流 最大40A的开关电源。它采用了半桥电路，所 选用开关器件为功率MOS管，开关工作频率为 50kHz，具有重量轻、体积小、成本低等特点。
2020/11/16
功能原理图
2020/11/16
半桥式功率变换器
该电源采用半桥式变换电路，如下 图所示，其工作频率50kHz，在初级一侧 的主要部分是Q4和Q5功率管及C34和 C35电容器。Q4和Q5交替导通、截止， 在高频变压器初级绕组N1两端产生一幅 值为U1/2的正负方波脉冲电压。能量通 过变压器传递到输出端，Q4和Q5采用高 电压IRFP460功率MOS管。
2020/11/16
功率变压器的设计
工作频率对电源的体积、重量及电 路特性影响很大。工作频率高，输出滤 波电感和电容体积减小，但开关损耗增 高，热量增大，散热器体积加大。因此 根据元器件及性价比等因素，将电源工 作频率进行优化设计。
本电路的频率为：fs=50kHz，则 T=1/fs=1/50kHz=20μs
2020/11/16
半桥开关电源
概述 半桥式变换器是离线开关电源比较好的结构形式，
初级开关管电压应力由于是两个管子来承担因而可以 减少一半。
在相同的基极脉冲宽度的触发下，如一个管子较慢 的关断而另一个管子较快的关断，在第一个管子的连 接处的电压将会受到影响，这会影响第一只管子延迟 关闭，如这种不平衡去驱动变压器，将会发生偏磁， 导致磁芯出现饱和、增大开关管D极电流降低效率，使 开关管烧坏。串一电容可解决这问题。