一款基于SG3525的大功率開(kāi)關(guān)電源的研制

1、一款基于sg3525的大功率開(kāi)關(guān)電源的研制引言 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子設(shè)備的種類與日俱增。任何電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的供電電源，對(duì)電源供電質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，而開(kāi)關(guān)電源在效率、重量、體積等方面相對(duì)于傳統(tǒng)的晶體管線性電源具有顯著優(yōu)勢(shì)。正是由于開(kāi)關(guān)電源的這些特點(diǎn)，它在新興的電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，已逐漸取代了連續(xù)控制式的線性電源。 功率主電路 圖1 功率主電路原理圖 本電源模塊采用半橋式功率逆變電路。如圖1所示，三相交流電經(jīng)emi濾波器濾波，大大減少了交流電源輸入的電磁干擾，同時(shí)防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的諧波串?dāng)_到輸入電源端。再經(jīng)過(guò)橋式整流電路、濾波電路變成直流電壓加在p、n兩點(diǎn)間。p、n之間接入一

2、個(gè)小容量、高耐壓的無(wú)感電容，起到高頻濾波的作用。半橋式功率變換電路與全橋式功率變換電路類似，只是其中兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件改由兩個(gè)容量相等的電容c1和c2代替。在實(shí)際應(yīng)用中為了提高電容的容量以及耐壓程度，c1和c2往往采用由多個(gè)等值電容并聯(lián)組成的電容組。c1、c2的容量選值應(yīng)盡可能大，以減小輸出電壓的紋波系數(shù)和低頻振蕩。由于對(duì)體積和重量的限制，c1和c2的值不可能無(wú)限大，為使輸出電壓的紋波達(dá)到規(guī)定的要求，該電容值有一個(gè)計(jì)算公式，即： 式中，il為輸出負(fù)載電流，vl為輸出負(fù)載電壓，vm為輸入交流電壓幅值，f為輸入交流電頻率，vu為輸出的紋波電壓值。 這是一個(gè)理論上的計(jì)算公式，得到的滿足要求的電容計(jì)算值

3、比較大，實(shí)際取的電容應(yīng)盡量大一些，由于輸出端電壓較小，也可以在二次整流濾波時(shí)加大電容，這樣折算到該公式的電容值也不小。c1和c2在這里實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)時(shí)分壓，使va=vin/2。 當(dāng)vt1導(dǎo)通、vt2截止時(shí)，輸入電流方向?yàn)閳D中虛線方向，向c2充電，同時(shí)c1通過(guò)vt1放電；當(dāng)vt2導(dǎo)通、vt1截止時(shí)，輸入電流方向?yàn)閳D中實(shí)線方向，向c1充電，同時(shí)c2通過(guò)vt2放電。 當(dāng)vt1導(dǎo)通、vt2截止時(shí)，vt2兩端承受的電壓為輸入直流電壓vin。igbt的集-射極間并接rc吸收網(wǎng)絡(luò)，降低開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)應(yīng)力，減小igbt關(guān)斷產(chǎn)生的尖峰電壓；并聯(lián)二極管實(shí)現(xiàn)續(xù)流的作用。二次整流采用單相橋式整流電路，通過(guò)后續(xù)的lc濾波電路

4、，消除高頻紋波，減小輸出直流電壓的低頻振蕩。lc濾波電路中的電容由多個(gè)高耐壓、大容量的電容并聯(lián)組成，以提高電源的可靠性，使輸出直流電壓更加平穩(wěn)。 pwm集成芯片sg3525的功能特點(diǎn) sg3525是一款功能齊全、通用性強(qiáng)的單片集成pwm芯片。它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，適合于各種開(kāi)關(guān)電源、斬波器的控制。其主要功能包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩器、誤差放大器、pwm比較器、欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)控制電路、推拉輸出形式。sg3525的基本外圍電路接線圖如圖2所示。該芯片與其它同類型的芯片相比具有許多突出的特點(diǎn)。 圖2 sg3525的基本外圍接線圖 (1)頻率可調(diào)，一般通過(guò)改變ct和rt(見(jiàn)圖2)的值來(lái)調(diào)

5、節(jié)pwm波的輸出頻率，其頻率的計(jì)算公式為： (2)死區(qū)時(shí)間可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)rd即可改變死區(qū)時(shí)間的大小，防止逆變橋的上下橋臂直通。 (3)具有pwm脈沖信號(hào)封鎖功能，當(dāng)10腳電壓高于2.5v時(shí)，可及時(shí)封鎖脈沖輸出，防止出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱故障時(shí)對(duì)電路產(chǎn)生危害。 (4)芯片內(nèi)振蕩器工作頻率為100hz400khz。設(shè)有引腳3為同步端，為多個(gè)sg3525聯(lián)用提供方便。 (5)具有軟啟動(dòng)電路，比較器的反相輸入端即軟啟動(dòng)控制端芯片的引腳8，可外接軟啟動(dòng)電容c。該電容器內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓vref由恒流源供電，達(dá)到2.5v的時(shí)間t=(2.5v/50ua)c,占空比由小到大(50%)變化。 (6)內(nèi)置pwm(脈寬調(diào)

6、制)鎖存器將比較器送來(lái)的置位信號(hào)鎖存，并將誤差放大器上的噪聲、振鈴及系統(tǒng)所有的跳動(dòng)和振蕩信號(hào)消除。只有在下一個(gè)時(shí)鐘周期才能重新置位，系統(tǒng)的可靠性高。 sg3525的應(yīng)用電路及工作原理 利用sg3525建立的大功率直流開(kāi)關(guān)電源控制電路如圖3所示，下面主要介紹調(diào)壓和限流模塊。 圖3 sg3525外圍控制電路 如圖3，電壓反饋電路通過(guò)光電耦合器實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)電輸出部分與弱電控制部分的隔離。光電耦合器采用的是hp4504，當(dāng)輸入端電流在04ma之間的時(shí)候，輸入與輸出之間的電流傳遞比呈線性關(guān)系，設(shè)計(jì)的時(shí)候選擇合適的限流電阻，控制輸入端電流在03ma之間變化。當(dāng)輸出電壓uout升高時(shí)，光電耦合器的輸出端發(fā)射極電

7、流ie呈線性增大，使發(fā)射極電壓ve增大，通過(guò)c2、c3、r4、r5的濾波穩(wěn)壓后輸入到引腳1的v1也隨之增大。當(dāng)v1增大時(shí)，經(jīng)誤差放大9腳電壓下降，比較器輸出的脈沖寬度變寬，11和14腳輸出的pwm脈沖寬度反而變窄，從而使輸出電壓uout降低；反之，當(dāng)uout下降使1腳電壓減小，9腳電壓升高，11和14腳輸出的pwm脈沖寬度變寬?？傊?腳電壓v1的增大與減小反映了輸出電壓uout的上升與下降，最終都表現(xiàn)在11、 14腳輸出pwm脈沖的寬窄變化上，以實(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)。 利用光耦電流傳輸比的線性段，可以做到輸入輸出的線性變化，用在反饋電路當(dāng)中，不僅降低了成本，而且使輸入與輸出隔離，同時(shí)在穩(wěn)壓

8、效果上也能與電壓傳感器相媲美，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，不失為一種可取的方法。 圖4 賽米控skyper32pro驅(qū)動(dòng)模塊 通過(guò)輸出端電流傳感器得到的電流采樣信號(hào)vi與給定的限流基準(zhǔn)電壓urefi作比較，外接負(fù)載變化使輸出電流uout變化時(shí)，vi也會(huì)相應(yīng)的改變。當(dāng)iout增大使vi大于vrefi時(shí)，運(yùn)算放大器l1a的輸出端vb為低電平。此時(shí)，l2a的輸出端v2將被直接拉低為低電平，2腳相當(dāng)于接地，輸出端11和14腳無(wú)脈沖輸出，開(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)“打嗝”現(xiàn)象，起到了限流作用。與此同時(shí)，輸出電流iout減小使得v2再次被拉高，11和14腳恢復(fù)脈沖輸出，開(kāi)關(guān)電源正常工作，以此達(dá)到輸出電流的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。 igbt的

9、驅(qū)動(dòng)電路 igbt的觸發(fā)和關(guān)斷要求給其柵極和發(fā)射極之間加上正向和反向電壓，并且需要一定的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率，才能保證igbt的及時(shí)觸發(fā)和關(guān)斷。 本電源的igbt驅(qū)動(dòng)采用賽米控(semikron)skyper32pro驅(qū)動(dòng)模塊。該控制核是一個(gè)半橋式驅(qū)動(dòng)模塊，集驅(qū)動(dòng)、內(nèi)部隔離、電氣保護(hù)于一體。 與同類型的產(chǎn)品相比，skyper32pro具有許多特點(diǎn)： (1)采用具有雙向傳輸功能的脈沖變壓器，通過(guò)這種方法在原邊與副邊之間傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)，并將能量傳遞到副邊。 (2)該組件設(shè)計(jì)為即插即用，使用方便，并且已經(jīng)進(jìn)行了全面的電測(cè)試和溫度測(cè)試。 (3)采用單電源供電模式，同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋臂的雙邊供電。 (4)具有短脈沖抑制功能，能自動(dòng)修復(fù)由sg3525送出的雙路pwm波，使波形更加平穩(wěn)。 (5)具有vce監(jiān)測(cè)、欠壓監(jiān)測(cè)、欠壓復(fù)位和死區(qū)互鎖功能等。 樣機(jī)研制 主要技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓：三相ac380v5% 輸出電壓：dc220v2% 輸出電流：50a 額定功率：11kw 所得試驗(yàn)樣機(jī)額定負(fù)載時(shí)的輸出波形如圖5(a)所示。由圖5(a)實(shí)際讀數(shù)可知，輸出電壓從0v上升到220v的響應(yīng)時(shí)間為1s左右，電源系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度。同時(shí)，由圖5(b)中的電壓波形局部放大圖可見(jiàn)，輸出電壓為220v時(shí)，電壓波動(dòng)在2v左右