基于SG3525的DCDC直流變換器的設(shè)計(jì)

1、*學(xué)院 *系 2012屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)基于sg3525的dc/dc直流變換器的設(shè)計(jì)*(*，*)摘 要 本文調(diào)研分析了dc/dc變換器并聯(lián)均流技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了集成芯片sg3525定頻pwm的特點(diǎn)和主要功能，針對升壓隔離推挽正激dc/dc變換器的工作原理及其特點(diǎn)，通過添加電流環(huán)為內(nèi)環(huán)并將均流環(huán)和電壓環(huán)并列，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于改進(jìn)式自主均流控制的dc/dc變換器并聯(lián)系統(tǒng)。電源模塊中，控制電路主要由電壓霍爾元件，電流霍爾元件，集成運(yùn)放lm324n，pwm芯片sg3525an和隔離驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了dc/dc直流變換的作用。關(guān)鍵詞 sg3525； 改進(jìn)式自主均流； 升壓隔離型推

2、挽正激； dc/dc變換1 緒論隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展, 功率mosfet在開關(guān)變換器中開始廣泛使用。為此, 美國硅通用半導(dǎo)體公司推出了sg3525, 以用于驅(qū)動(dòng)溝道功率mosfet。sg3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成控制芯片, 它簡單可靠及使用方便靈活, 輸出驅(qū)動(dòng)為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動(dòng)能力內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)控制電路、pwm鎖存器, 有過流保護(hù)功能, 頻率可調(diào), 同時(shí)能限制最大占空比。電源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是采用新型功率器件實(shí)現(xiàn)高性能電源模塊化，再通過并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容，從而充分利用新型開關(guān)器件的高頻優(yōu)勢，如減小系統(tǒng)體積、降低噪音、提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度等。目前，大量電子設(shè)

3、備，特別是計(jì)算機(jī)、通訊、空間站等大型設(shè)備，均要求組建一個(gè)大容量、安全可靠、不間斷供電的電源系統(tǒng)。如果使用單臺(tái)電源來供電，該變換器將處理巨大的功率，電應(yīng)力很大，而電力電子器件性能有限，要將單臺(tái)變換器的容量做的很大比較困難。與傳統(tǒng)的單電源供電相比，并聯(lián)電源系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如可實(shí)現(xiàn)大電流、高效率；有較高的可靠性；能夠?qū)崿F(xiàn)電源容量的可擴(kuò)充性；可降低成本投入等。因而，并聯(lián)均流技術(shù)將在大功率電源系統(tǒng)的應(yīng)用中起主導(dǎo)作用1。電子技術(shù)不斷快速發(fā)展，推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)、電源設(shè)計(jì)行業(yè)的不斷興起，因此，學(xué)習(xí)知識(shí)必須更加注重理論緊密聯(lián)系實(shí)際，掌握知識(shí)就要更加強(qiáng)調(diào)解決應(yīng)用創(chuàng)新的能力。通過著重學(xué)會(huì)面對利用sg3525等典型集成

4、控制芯片設(shè)計(jì)基于改進(jìn)式自主均流法的并聯(lián)控制系統(tǒng)這樣一個(gè)實(shí)際問題，如何收集資料，如何學(xué)習(xí)新的知識(shí)，如何制定解決問題的方案，并通過設(shè)計(jì)過程不斷地去分析和解決遇到的一切問題，最終完成課題設(shè)計(jì)并提出改進(jìn)的設(shè)想，達(dá)到提升能力的目的，為今后工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2 升壓隔離型dc/dc變換器技術(shù)參數(shù) 升壓隔離型dc/dc模塊電路參數(shù)設(shè)計(jì)中推挽正激電路具有功率管電壓尖峰小，導(dǎo)通損耗低，變壓器磁芯利用率高等優(yōu)點(diǎn)，比較適合于大電流低電壓輸入的中大功率場合2。本文選用推挽正激電路作為dc/dc并聯(lián)模塊的主電路拓?fù)洌瑧?yīng)用sg3525與lm324芯片設(shè)計(jì)了電源模塊的電壓電流雙閉環(huán)控制電路。根據(jù)并聯(lián)系統(tǒng)的要求，1 kw推挽

5、正激主電路應(yīng)達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓：5565 v dc； 輸出電壓：400 v dc； 額定功率：1 kw；工作頻率：50 khz。2.1 高頻變壓器設(shè)計(jì) 推挽正激變換器的高頻變壓器中電感電流連續(xù)的工作模式下輸入輸出電壓增益為： (2.1) 其中，d為占空比，n為變壓器線圈匝數(shù)。 (1)磁芯型號(hào)選擇 根據(jù)變壓器的計(jì)算公式如2.2，可以計(jì)算所需要磁芯值。 (2.2)其中，為開通時(shí)間，為額定功率，為變壓器的磁通密度，為變壓器的效率，為變壓器磁芯填充系數(shù)，為磁芯填充系數(shù)，j為允許的電流密度。(2)計(jì)算原副邊繞組匝數(shù) 在低壓滿載時(shí)輸入電壓，開通時(shí)間最大，故按輸入電壓最低和輸出滿載的狀況下計(jì)算變壓

6、器原邊繞組匝數(shù)如下公式所示： (2.3) 副邊繞組匝數(shù)如公式： (2.4) 兩式中為輸入最大電壓，最大占空比取0.45；，分別為輸出電壓，二極管兩端電壓、電容兩端電壓。2.2 輸入濾波器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中，我們采用輸入端并聯(lián)大電容的方法來減小輸入端電壓的脈動(dòng)量。半個(gè)周期內(nèi)輸入濾波電容向負(fù)載提供的能量約為公式： (2.5)式中為額定功率，為變壓器的效率，為主電路工作頻率。取=1%，代入相關(guān)數(shù)據(jù)如輸入濾波電容，輸入端電壓即可得到所求。2.3 輸出濾波器設(shè)計(jì) 輸出濾波器的設(shè)計(jì)包括輸出濾波電感的設(shè)計(jì)和輸出濾波電容的設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)過程如下所示： (1)輸出濾波電感設(shè)計(jì)電感電流臨界連續(xù)工作電流 =10%，輸出電流

7、=0.25 a，計(jì)算電感的公式如下： (2.6) 其中，為輸出電壓，為輸入最大電壓，為電容兩端電壓，為工作頻率。 根據(jù)ap法選擇磁芯，將具體如參數(shù)代入式 2.7即可算得。 (2.7)繞組匝數(shù)n為： (2.8)其中，為磁芯窗口系數(shù)，j為電流密度，為磁芯最大磁密=。(2)輸出濾波電容 要求輸出電壓的最大紋波值為=100 mv，考慮到功率管和輸出整流二極管開關(guān)造成的電壓尖峰，令=10 mv，為電感兩端電壓，由式2.9可確定濾波電容的大小。 (2.9)2.4 箝位電容的計(jì)算 推挽正激電路中箝位電容選可用下面公式得出： (2.10)將相關(guān)參數(shù)代入上式，當(dāng)=10%u=5 v時(shí)，c取最大值，=5f。2.5

8、主功率管的選取 推挽正激電路中開關(guān)管的最高電壓應(yīng)力為兩倍的最高輸入電壓。但是由于存在分布電感引起的電壓尖峰和箝位電容的脈動(dòng)，需要考慮較大的電壓裕量。按照勵(lì)磁電流為額定電流的5%計(jì)算，流過開關(guān)管的電流有效值為： (2.11)考慮電路中的雜散參數(shù)，預(yù)留較大裕量，實(shí)驗(yàn)中，選取ixys公司型號(hào)ixfk90n20的功率mosfet，其耐壓200 v，最大電流90 a。2.6 整流二極管的選取輸出整流二極管所承受的最大電壓應(yīng)力為式： (2.12) 考慮1.5倍的安全裕量，可以選擇耐壓為1000 v的整流管。流過二極管的最大電流為副邊繞組的最大電流，考慮2倍以上的裕量，二極管要選5 a以上的管子3。3 升壓

9、隔離dc/dc并聯(lián)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 升壓隔離dc/dc并聯(lián)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)流程圖包括采樣電路，隔離驅(qū)動(dòng)電路，脈寬調(diào)制電路，并聯(lián)均流控制電路，輔助電源來使其正常工作。 其并聯(lián)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如下：脈寬調(diào)制電路并聯(lián)均流控制電路隔離驅(qū)動(dòng)電路采樣電路輔助電源圖3.1 系統(tǒng)方案流程圖3.1 并聯(lián)均流控制電路原理dc/dc變換器并聯(lián)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)情況下輸出穩(wěn)定的直流電壓，單個(gè)模塊的輸出電流將直接取決于該模塊的等效空載電壓和輸出電阻的大小，這樣參與并聯(lián)的模塊都可以等效為一個(gè)電壓源(空載電壓)和一個(gè)電阻(輸出電阻)的串聯(lián)，這種等效的方法有利于進(jìn)一步研究dc/dc變換器并聯(lián)時(shí)的電流分布情況。圖3.2為兩個(gè)dc/dc

10、電源模塊在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的輸出電流與輸出電壓關(guān)系曲線圖。其中，圖3.2(a)是兩個(gè)dc/dc模塊的輸出阻抗相等(即輸出特性曲線斜率相等)，而空載輸出電壓不相等時(shí)的情況，圖3.2(b)是兩個(gè)模塊的空載輸出電壓相等，而輸出阻抗不相等(即輸出特性曲線斜率不相等)時(shí)的情況。 在采用并聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式電源系統(tǒng)的同時(shí)，有必要采取一定的措施來保證每個(gè)模塊平均分擔(dān)總的輸出電流(均流)。只有采取了有效的均流措施，才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，發(fā)揮并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。 (a)空載電壓不同，輸出阻抗相等 (b)空載電壓相等，輸出阻抗不同圖3.2 兩個(gè)模塊并聯(lián)時(shí)輸出電流和輸出電壓的關(guān)系lm324由4組獨(dú)立的高增益的、內(nèi)部頻率補(bǔ)

11、償、輸入偏置電流是溫度補(bǔ)償?shù)?、單位增益帶寬是溫度補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器組成，差模增益可達(dá)100 db，在用于實(shí)現(xiàn)并聯(lián)均流控制時(shí)可獲得較好的均勻一致性。從目前國內(nèi)外對均流控制技術(shù)的研究來看，在并聯(lián)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)均流控制幾種常用的并聯(lián)均流控制技術(shù)有：輸出阻抗法、主從設(shè)置法、平均電流自動(dòng)均流法、自動(dòng)主從控制法、熱應(yīng)力自動(dòng)控制法和外加均流控制器均流法。 上述的幾種常用均流控制方法，各有其特點(diǎn)：輸出阻抗法是一種最簡單的自動(dòng)均流方法，不需要模塊之間的控制線，模塊化特性好。主從設(shè)置法的均流精度高，控制結(jié)構(gòu)簡單，但模塊間連線復(fù)雜，一旦主模塊發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)將完全癱瘓，易受噪聲干擾，系統(tǒng)的可靠性取決于主模塊。平均電流

12、自動(dòng)均流法的均流效果較好，易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確均流，要限制最大調(diào)節(jié)范圍，需將所有電壓調(diào)節(jié)到電壓捕捉范圍以內(nèi)。自動(dòng)主從均流法的電路簡單，容易實(shí)現(xiàn)，但是通過調(diào)節(jié)給定電壓來調(diào)節(jié)輸出電流，會(huì)造成輸出電壓的波動(dòng)，影響穩(wěn)壓精度，通常需要限定對電壓的調(diào)節(jié)范圍。均流是一個(gè)從模塊電流上升并超過主模塊電流的過程，系統(tǒng)中主、從模塊的作用不斷交替，各模塊輸出電流存在低頻振蕩現(xiàn)象。外加均流控制器均流法的均流效果好，但成本高，連線復(fù)雜4。自主均流法與其他方法比較具有以下優(yōu)勢：(1)同輸出阻抗法相比，自主均流法受參數(shù)影響小，不會(huì)因?yàn)樵趯?shí)際使用過程中出現(xiàn)參數(shù)變動(dòng)而影響均流效果，而且也有利于提高系統(tǒng)的效率。(2)同平均值均流法和主從電源

13、法相比，自主均流法的可靠性更高。但是，由于均流環(huán)在電壓環(huán)的外面，均流環(huán)的帶寬受到了帶寬很窄的電壓環(huán)的限制，不能對負(fù)載突變作出快速響應(yīng)。另一方面，由于調(diào)制過程中模塊電流差別很大，一部分模塊可能會(huì)承擔(dān)很大的電流，甚至?xí)矔r(shí)超過其保護(hù)限定電流，而導(dǎo)致保護(hù)電路誤動(dòng)作5。圖3.3 改進(jìn)式自主均流原理圖為解決自主均流法中動(dòng)態(tài)性能不佳的問題，文獻(xiàn)6提出如圖3.3所示的改進(jìn)式自主均流法。其中，一是在電壓環(huán)內(nèi)加入電流環(huán)，利用電流內(nèi)環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)改善整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。二是把均流調(diào)節(jié)器輸出的均流誤差信號(hào)直接注入到電流調(diào)節(jié)器的正相輸入端，均流誤差信號(hào)和電壓誤差信號(hào)共同調(diào)節(jié)電流，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)均流效果得到進(jìn)一步的提

14、高。三是采集的電流信號(hào)是電感電流，屬于平均電流控制模式，抗噪聲能力強(qiáng)。鑒于改進(jìn)式自主均流法具有的以上優(yōu)點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)的31 kw隔離升壓dc/dc并聯(lián)系統(tǒng)采用了改進(jìn)式自主均流法作為系統(tǒng)并聯(lián)解決方案。3.2 推挽正激變換器原理 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇對于dc/dc變換器設(shè)計(jì)來說是至關(guān)重要的，各種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有其各自不同的特點(diǎn)，應(yīng)用范圍也不盡相同。常用的dc/dc變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有單端反激變換器，單端正激變換器，半橋變換器，全橋變換器，雙管正激變換器，推挽變換器。而這些推挽變換器比較適合于低壓輸入中小功率的應(yīng)用場合，在大功率情況下，推挽變換器需選用高耐壓主功率管的缺點(diǎn)。為了解決這個(gè)問題，在推挽變換器中原邊繞

15、組和主功率管間增加一個(gè)箝位電容c，就得到了圖3.4所示的推挽正激變換器。在推挽正激變換器中，當(dāng)開關(guān)管v1導(dǎo)通時(shí)，輸入電源和原邊繞組并聯(lián)，電容c和并聯(lián)，同時(shí)向負(fù)載供電。在此期間，該電路相當(dāng)于兩個(gè)單端正激電路并聯(lián)工作，因此，也稱為推挽正激變換器電路(push-pull forward convert，ppf)7。 圖3.4 推挽正激變換器推挽正激變換器具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：輸入電流紋波小，從而可減小輸入濾波器的體積和重量；主功率管關(guān)斷時(shí)，箝位電容為原邊變壓器提供了一個(gè)釋放能量的回路，抑制了加在功率管兩端的電壓尖峰，使得在實(shí)際電路中可以選擇耐壓等級(jí)小的主功率管，從而可以減小功率管的導(dǎo)通損耗；變壓器磁芯利

16、用率高。因此，推挽正激電路拓?fù)涓m合于低壓大電流輸入中大功率輸出的場合。4 升壓隔離dc/dc并聯(lián)系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)并聯(lián)系統(tǒng)采用了改進(jìn)式自主均流法的方案來實(shí)現(xiàn)模塊間的并聯(lián)均流，電源模塊的控制電路主要由電路采樣部分，集成運(yùn)放芯片lm324n，pwm芯片sg3525an以及它們的外圍電路再加上隔離驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的。根據(jù)各自不同的功能分為采樣電路，lm324外圍電路，sg3525外圍電路，隔離驅(qū)動(dòng)電路四個(gè)部分，隔離驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè)反激式輔助電源進(jìn)行供電。下面將對控制電路各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹。4.1 采樣電路 電路采用霍爾傳感器對模塊電源的輸出電壓、電感電流采樣?；魻栐且环N磁傳感器，用霍爾器件檢測出電

17、流感生的磁場即可檢測出這個(gè)磁場的電流的量值。由此可構(gòu)成電流、電壓傳感器。測量電路不必接入被測電路即可實(shí)現(xiàn)檢測，他們靠磁場進(jìn)行耦合8。因此檢測電路和被測電路是完全隔離的，而且互不影響。如圖4.1所示，輸出電壓采樣選用電壓霍爾，型號(hào)為chv-25p。電壓霍爾chv-25p原邊額定有效值電流為10 ma，轉(zhuǎn)換率為2500:1000，因此副邊額定有效值電流為25 ma。由于實(shí)際電源模塊額定輸出電壓為400v，因此選用40 k，5 w功率電阻作為霍爾原邊檢測電阻，霍爾輸出側(cè)采用200電阻作為電壓檢測電阻，這樣實(shí)際采樣變比為400:5，當(dāng)電源模塊輸出電壓為額定的400 v時(shí)，采樣的輸出電壓信號(hào)為5 v。

18、圖4.1 電壓采樣電路圖如圖4.2所示，電感電流采樣選用電壓霍爾，型號(hào)為chb-25np。電流霍爾chv-25p原邊額定有效值電流為5 a，轉(zhuǎn)換率為5:1000，因此副邊額定有效值電流為25 ma。 圖4.2 電流采樣電路圖由于實(shí)際電源模塊額定輸出電流為2.5 a，因此霍爾輸出側(cè)選用200電阻作為電壓檢測電阻，這樣實(shí)際采樣變比為1：1，當(dāng)電源模塊電感電流為額定2.5 a時(shí)，采樣的電感電流信號(hào)為2.5 v。4.2 lm324外圍電路 圖4.3 lm324外圍電路圖 輸出電壓經(jīng)過采樣后進(jìn)入電壓環(huán)與給定信號(hào)進(jìn)行比較；電流采樣信號(hào)經(jīng)過電壓跟隨器隔離后分別進(jìn)入均流環(huán)與電流環(huán)，并通過一個(gè)由運(yùn)放和二極管1n

19、4148組成的單向緩沖器與均流總線相連。單向緩沖器的應(yīng)用使得均流總線上的電壓嚴(yán)格等于主模塊的輸出電流信號(hào)，避免了在使用二極管時(shí)出現(xiàn)0.7 v左右的管壓降，客觀上提高了主模塊的均流度。圖4.3中l(wèi)m324的外圍電路圖中的電壓環(huán)，均流環(huán)，電壓跟隨器，單向緩沖器分別由集成運(yùn)放芯片lm324n的內(nèi)部獨(dú)立運(yùn)放1、2、3、4實(shí)現(xiàn)。lm324系列集成運(yùn)放是4組獨(dú)立的高增益的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償、輸入偏置電流是溫度補(bǔ)償?shù)?、單位增益帶寬是溫度補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，它既可以單電源使用，也可以雙電源使用，驅(qū)動(dòng)功耗低，每一組運(yùn)放差模增益可達(dá)到100 db。4.3 脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì) 4.3.1 sg3525簡介 隨著電能變換技術(shù)

20、的發(fā)展，功率mosfet在開關(guān)變換器中開始廣泛使用。為此，美國硅通用半導(dǎo)體公司推出了sg3525，以用于驅(qū)動(dòng)n溝道功率mosfet。sg3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成pwm控制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動(dòng)為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動(dòng)能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)控制電路、pwm鎖存器，有過流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時(shí)能限制最大占空比。其性能特點(diǎn)如下：(1)工作電壓范圍寬： 835v。(2)內(nèi)置5.1 v1.0的基準(zhǔn)電壓源。(3)芯片內(nèi)振蕩器工作頻率寬100hz400 khz。(4)具有振蕩器外部同步功能。(5)死區(qū)時(shí)間可調(diào)。為了適應(yīng)驅(qū)動(dòng)快速場效應(yīng)管的需要，末級(jí)

21、采用推拉式工作電路，使開關(guān)速度更陜，末級(jí)輸出或吸入電流最大值可達(dá)400ma。(6)內(nèi)設(shè)欠壓鎖定電路。當(dāng)輸入電壓小于8v時(shí)芯片內(nèi)部鎖定，停止工作(基準(zhǔn)源及必要電路除外)，使消耗電流降至小于2ma。(7)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。該電容器內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓由恒流源供電，達(dá)到2.5v的時(shí)間為t=(2.5v/50a)c，占空比由小到大(50)變化。(8)內(nèi)置pwm(脈寬調(diào)制)。鎖存器將比較器送來的所有的跳動(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9。 4.3.2 結(jié)構(gòu)框圖sg3525是定頻pwm電路，采用原理16引腳標(biāo)準(zhǔn)dip封裝

22、。其各引腳功能如圖4.4所示，內(nèi)部原理框圖如圖4.5所示。圖4.4 sg3525引腳功能圖4.5 sg3525內(nèi)部原理框圖 4.3.3 引腳功能說明inv.input(腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。noninv.input(腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。sync(腳3)：振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。osc.out

23、put(腳4)：振蕩器輸出端。ct(腳5)：振蕩器定時(shí)電容接入端。rt（腳6）：振蕩器定時(shí)電阻接入端。discharge(腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。soft-start(腳8)：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只軟啟動(dòng)電容。compensation(腳9)：pwm比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。shutdown(腳10)：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。output a（腳11）：輸出端a。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出

24、端。ground(腳12)：信號(hào)地。vc(腳13)：輸出級(jí)偏置電壓接入端。output b（腳14）：輸出端b。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。vcc（腳15）：偏置電源接入端。vref(腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。 4.3.4 sg3525外圍電路圖4.6 3525外圍電路圖sg3525的外圍電路見圖4.6。sg3525為頻率固定脈寬可調(diào)的集成pwm控制器，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10。在推挽正激電源模塊中，本文將sg3525的內(nèi)部誤差放大器作為控制電路的電流環(huán)來使用，2

25、腳是誤差放大器的同相輸入端，接電壓環(huán)與均流環(huán)的輸出，1腳為反相輸入端接入電流采樣信號(hào)，從而決定誤差放大器的輸出，并送至pwm的反相輸入端，與同相輸入端的鋸齒波電壓進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生與輸出電壓相關(guān)的脈沖寬度可變的脈沖信號(hào)，經(jīng)脈沖分配雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、輸出電路從第11腳、第14腳產(chǎn)生兩路相位相差半個(gè)周期的脈沖信號(hào)，再經(jīng)過隔離驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后控制推挽正激電源主回路中的mosfet的通與斷，mosfet導(dǎo)通時(shí)間的長短由脈沖寬度來決定。振蕩器腳5須外接電容，腳6須外接電阻。振蕩器頻率由外接電阻和電容決定如公式： (4.1) 4.4 隔離驅(qū)動(dòng)電路 圖4.7為控制電路中的隔離驅(qū)動(dòng)電路圖，電路由hcplj312集成

26、驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成。hcplj312是惠普公司生產(chǎn)用于驅(qū)動(dòng)igbt和mosfet的一種集成芯片11。它具有內(nèi)部集成光電耦合器、驅(qū)動(dòng)速度500 ns，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)到2.5 a，是一款使用方便、性能優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)芯片。驅(qū)動(dòng)電路由輔助電源提供的+18 v供電，通過一個(gè)3 v的穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)-3 v的負(fù)脈沖，實(shí)現(xiàn)+15 v，-3 v的方波脈沖信號(hào)，目的在于加快開關(guān)管的關(guān)斷速度。圖4.7 3525隔離驅(qū)動(dòng)電路圖4.5 輔助電源輔助電源由單片top246y芯片構(gòu)成的單端多路輸出反激電路來實(shí)現(xiàn)，其作用是為驅(qū)動(dòng)電路提供四路相互隔離的18 v電源12。top246y是將mosfet功率開關(guān)管和pwm控制器集成在一起的單片式開

27、關(guān)電源芯片。5 升壓隔離dc/dc并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 升壓隔離dc/dc并聯(lián)系統(tǒng)原理基于改進(jìn)式自主均流方案設(shè)計(jì)了31 kw隔離升壓式推挽正激dc/dc并聯(lián)系統(tǒng)，圖5.1為并聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。圖5.1 并聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 三個(gè)模塊采用輸入輸出并聯(lián)方式，各模塊間通過均流總線相互連接成并聯(lián)系統(tǒng)。單電源模塊為電壓電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，采樣輸出電壓信號(hào)和電感電流信號(hào)，輸出電壓信號(hào)注入到電壓環(huán)，與給定電壓信號(hào)比較產(chǎn)生電壓誤差信號(hào)；均流環(huán)與電壓環(huán)平行，其輸入的采樣的電感電流信號(hào)與均流總線上的均流信號(hào)比較產(chǎn)生均流誤差信號(hào)，與電壓誤差信號(hào)一同注入到電流環(huán)的正相輸入端，與反相輸入端的電感電流信號(hào)比較產(chǎn)生一個(gè)控制

28、信號(hào)，進(jìn)入pwm生成器生成開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖，控制功率變換器的輸出13。最終使得各個(gè)模塊的電感電流都要跟隨均流總線上的均流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各模塊輸出電流均流的目標(biāo)14。如圖5.1所示，均流總線與各模塊的電感電流采樣信號(hào)通過一個(gè)二極管連接，因?yàn)槎O管具有單向?qū)ǖ奶匦?，這樣就使得只有模塊間最大的電感電流信號(hào)才能輸入到均流總線上，也就是均流總線的電壓總是等于最大的模塊電感電流信號(hào)15；假設(shè)模塊一的輸出電流小于其他模塊，同樣它的電感電流也小于其他模塊，與均流母線上的最大電流信號(hào)比較后就使得均流環(huán)輸出的誤差信號(hào)增大，電流環(huán)的正相輸入端電壓升高，輸入到pwm生成器的控制信號(hào)增大，最終使得占空比增大，輸出電壓增大

29、，輸出電流也變大。這樣所有的輸出電流小的模塊都跟隨輸出電流最大的主模塊，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)整后，所有的模塊輸出電流接近相等，最終實(shí)現(xiàn)均分負(fù)載電流的目標(biāo)。5.2 升壓隔離dc/dc并聯(lián)系統(tǒng)單模塊設(shè)計(jì) 采用改進(jìn)式自主均流方案，用3個(gè)相同的推挽正激電源模塊輸入輸出并聯(lián)搭建了3kw 60vdc/400vdc并聯(lián)電源系統(tǒng)。圖5.2所示為單個(gè)電源模塊的硬件電路圖，通過將3組電源模塊輸出并聯(lián)，同時(shí)用均流總線將各模塊的控制電路連接起來，即可組建并聯(lián)電源電路系統(tǒng)。圖5.2 單電源模塊硬件電路圖單電源模塊中，控制電路主要由電壓霍爾元件，電流霍爾元件，集成運(yùn)放lm324n，pwm芯片sg3525an和隔離驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成

30、的。sg3525的頻率可由公式4.1計(jì)算，其中=0.1uf，可調(diào)節(jié)第11腳、第14腳輸出脈沖之間最小的時(shí)間間隔，即死區(qū)以防止上下橋臂直通10。=50，由于要求工作頻率為50 khz，可以通過調(diào)節(jié)電阻實(shí)現(xiàn)，取=70，代入可近似得f=50.25khz，滿足要求。 6 結(jié)論首先，本文調(diào)研分析了dc/dc變換器并聯(lián)均流技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了集成芯片sg3525定頻pwm的特點(diǎn)和主要功能，針對升壓隔離推挽正激dc/dc變換器的工作原理及其特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于改進(jìn)式自主均流控制的dc/dc變換器并聯(lián)系統(tǒng)。電源模塊中，控制電路主要由電壓霍爾元件，電流霍爾元件，集成運(yùn)放lm324n，pwm芯片sg3525a

31、n和隔離驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了dc/dc直流變換的作用。本文設(shè)計(jì)的31 kw隔離升壓dc/dc變換器，采用多個(gè)推挽正激式dc/dc變換器組成并聯(lián)電源系統(tǒng)。其次，本文對推挽正激電路進(jìn)行了較深入的研究。具體工作，一是對推挽正激電路的工作原理和主要電路參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。二是對單電源變換器總體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，然后依據(jù)方案對子模塊主電路和控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。三是為了克服傳統(tǒng)的自主均流技術(shù)的缺點(diǎn)，本文采用了一種改進(jìn)式自主均流法，指出了它的優(yōu)缺點(diǎn)。 最后，本設(shè)計(jì)還許多不足之處：由于本系統(tǒng)是集多個(gè)直流變換器于一體，電磁兼容性問題顯得尤為突出，如何進(jìn)一步優(yōu)化電路布局，計(jì)算變壓器、濾波電感的參數(shù)，仍需做大量的工作

32、。本文所述的系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取一些保護(hù)措施，來檢驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性和安全性，完善系統(tǒng)的保護(hù)功能。參考文獻(xiàn)1 張占松，蔡宜三開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)（修訂版）m北京：電子工業(yè)出版社， 2006，092 袁珊珊中小功率dc/dc模塊并聯(lián)均流方案的優(yōu)選及實(shí)現(xiàn)的研究d浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006，063 向龍，張勝發(fā)，姚國順，陳丹直流電源模塊并聯(lián)動(dòng)態(tài)均流技術(shù)方法研究j空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，17(3)：70-724 abraham i .pressman 著，王志強(qiáng)等譯，開關(guān)電源設(shè)計(jì)m北京：電子工業(yè)出版社，2007，095 王全寶，電子變壓器手冊m沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2007，066 erickso

33、n r w，dragon m，fundamentals of power electronicssecond editionjnew york：kluwer academic publishers2010，32(4)：25-387 孔靈芝sg3525芯片在開關(guān)（逆變）電源中的應(yīng)用j，2009，12(2)：20-318 段敏，迎川多路dc-dc變換器并聯(lián)自動(dòng)均流問題的研究j空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，16(2)：45-479 梅開鄉(xiāng)基于脈寬調(diào)制器sg3525的一種新型車載電源設(shè)計(jì)電子工程師j，2006，32（6）：57-6910 fanghua zhang，haihong qin，huizhen

34、 wang and yangguang yanfreewheeling current in push-pull foward converterjieee2003：353-35811 韓智玲智能控制在dc/dc變換器中的應(yīng)用m，2005，3(15)：26-3012 阮新波，嚴(yán)仰光直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù)m，2006：34-3813 張方華，嚴(yán)仰光，王慧貞，劉軍推挽正激電路的研究及工程實(shí)現(xiàn)j全國第二屆特種電源與元器件學(xué)術(shù)年會(huì)論文集2005，3(15)：148-15214 程榮倉，劉正之，詹曉東，王慧貞基于自主均流模塊并聯(lián)的小信號(hào)分析電力電子技術(shù)m2007，4：36-3815 mar ye，peng xu，bo yang and fred c leeinvestigation of topology candidates for48v vrmjapec 2008，699-705 the design of dc/dc converter based on the sg3525* (*, *)abstract the article invested and analyzed the technology and development circumstances of the dc/dc converter i