基于脈寬調(diào)制器SG3525的一種新型車載電源設(shè)計(jì)

1、第30卷第2期2007年4月電子器件ChineseJournalOfElectronDevicesVol.30No.2Apr.2007DesignforaNewTypeofAutomotivePowerSupplyBasedonSG3525LIGuo2bin(VocationalCollegeofLiaoningTechnicalUniversity,FuxinLiaoning123000,China)Abstract:Itintroducesamethodofhowtodesignanewtypeoftheautomotivepowersupplybasedonthepulsewidthmo

2、dulatorSG3525.Theframeworkoftheelectricalcircuitoftheautomotivepowersupplyispresentedandthemostofitsfunctionsareanalyzed.ThepulsewidthmodulatorSG3525hasbeenusedinvariousareasforitsfunctionssuchaslockingforthelackofpressure,closingsystemfault,softstarting,delayingPWMdriveandsoon.Thedeviceintroducedca

3、ntransform12VDCinto220V/50HzACbymakinguseofsinepulsewidthmodulatingsignalsproducedbytheSG3525.Keywords:automotivepowersupply;pulsewidthmodulator;inverterEEACC:8110;8520李國彬(遼寧工程技術(shù)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧阜新123000)摘要:介紹了一種新型的基于脈寬調(diào)制器SG3525芯片的車載電源的設(shè)計(jì).給出了車載電源設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,并分析了其中主要部分的功能.脈寬調(diào)制器SG3525具有欠壓鎖定、系統(tǒng)故障關(guān)閉、軟起動(dòng)、延時(shí)PWM驅(qū)動(dòng)等

4、功能,因而得到廣泛應(yīng)用.該電源利用脈寬調(diào)制器芯片SG3525產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制信號(hào),實(shí)現(xiàn)了由直流12V到交流220V/50Hz的轉(zhuǎn)換.關(guān)鍵詞:車載電源;脈寬調(diào)制器;逆變器中圖分類號(hào):TN609文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):100529490(2007)0220484203電子技術(shù)在汽車工業(yè)中占有非常重要的地位.它可滿足現(xiàn)代化車輛在燃油經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性和動(dòng)態(tài)駕駛等方面的要求.而汽車用的直流電壓一般為12V,這已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們使用諸如便攜式電腦等現(xiàn)代化電子設(shè)備的要求.因此,能把直流12V電壓轉(zhuǎn)換成交流220V/50Hz的車載電源的研制日益引起人們的重視.而傳統(tǒng)的車載電源一般采用逆變器加工頻變壓器的

5、方案,其缺點(diǎn)是體積大、效率低.隨著新型電力電子器件和電力電子技術(shù)的發(fā)展,采用高頻鏈的方案來實(shí)現(xiàn)無工頻變壓器的逆變電路,可以很好地解決傳統(tǒng)車載電源存在的問題,該電源利用脈寬調(diào)制器芯片SG3525產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制信號(hào),實(shí)現(xiàn)了由直流12V到交流220V/50Hz的轉(zhuǎn)換,同時(shí)能保證車載電源的輸出電壓更穩(wěn)定、更平滑.1脈寬調(diào)制器SG3525介紹1.1SG3525結(jié)構(gòu)框圖要想利用脈寬調(diào)制器SG3525實(shí)現(xiàn)SPWM控制信號(hào)的輸出,必須首先了解該芯片.SG3525是定頻PWM電路1,采用16引腳標(biāo)準(zhǔn)DIP封裝.其各引腳功能如圖1(a)所示,內(nèi)部框圖如圖1(b)所示.(a)SG3525的引腳收稿日期:20062

6、04207作者簡介:李國彬(19642),副教授,工程碩士,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)教學(xué)與研究,jsj_liguobin.© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第2期李國彬:基于脈寬調(diào)制器SG3525的一種新型車載電源設(shè)計(jì)485芯片產(chǎn)生,再經(jīng)過全橋DC/AC逆變電路,得到220V/50Hz交流電壓輸出3.對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言,逆變電路能否正常工作決定了整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行.所以設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在逆變器的控制和檢測上.為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行,防止主電路對(duì)控制電路的干擾

7、,采用主、控電路完全隔離的方法,即反饋信號(hào)和輔助電源用變壓器隔離,驅(qū)動(dòng)信號(hào)用光耦隔離等.(b)內(nèi)部框圖圖1SG35251.2SG3525直流電源Vs,或非門;,產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V基準(zhǔn)電壓.+5V再送到內(nèi)部(或外部)電路的其它元器件作為電源.振蕩器腳5須外接電容CT,腳6須外接電阻RT.振蕩器頻率f由外接電阻RT和電容CT決定,f=1.18/RTCT.逆變橋開關(guān)頻率定為10kHz,取CT=0.22F,RT=5k.振蕩器的輸出分為兩路,一路以時(shí)鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個(gè)或非門;另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端,比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出.誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中

8、進(jìn)行比較,輸出一個(gè)隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖,再將此方波脈沖送到或非門的一個(gè)輸入端.或非門的另兩個(gè)輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波.雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個(gè)輸出互補(bǔ),交替輸出高低電平,將PWM脈沖送至三極管V1及V2的基極,鋸齒波的作用是加入死區(qū)時(shí)間,保證V1及V2不同時(shí)導(dǎo)通.最后,V1及V2分別輸出相位相差180°的PWM波2.圖2車載電源結(jié)構(gòu)示意圖2.2正弦脈寬調(diào)制信號(hào)SPWM的產(chǎn)生如果想要得到正弦電壓的輸出,就要使逆變電路的控制信號(hào)以SPWM方式控制功率管的開關(guān),得到的脈沖方波輸出再經(jīng)過濾波就可以得到正弦輸出電壓4.本系統(tǒng)方案通過SG3525來實(shí)現(xiàn)輸出正弦電壓

9、,首先要得到SPWM的調(diào)制信號(hào).要想得到SPWM調(diào)制信號(hào),必須要有一個(gè)幅值在13.5V且按正弦規(guī)律變化的饅頭波,將它加到SG3525腳2,并與鋸齒波進(jìn)行比較,來得到正弦脈寬調(diào)制波,實(shí)現(xiàn)SPWM的控制電路框圖如圖3(a)所示,實(shí)際電路各點(diǎn)的波形如圖3(b)所示.由圖3可知,基準(zhǔn)50Hz的方波由555芯片生成,用來控制輸出電壓有效值和基準(zhǔn)值比較所產(chǎn)生的誤差信號(hào),使其轉(zhuǎn)換成50Hz的方波,再經(jīng)過低頻濾波,以得到正弦的控制信號(hào).當(dāng)電源輸出電壓發(fā)生變化時(shí),會(huì)改變正弦信號(hào)的幅值,使得SG3525輸出脈寬也跟著發(fā)生相應(yīng)的變化,于是就構(gòu)成了一個(gè)閉合的反饋回路,能有效地來穩(wěn)定輸出的波形5,以達(dá)到輸出波形的要求.

10、2車載電源電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能分析2.1電源電路結(jié)構(gòu)了解了脈寬調(diào)制器SG3525功能之后,我們可以設(shè)計(jì)如圖2所示的車載電源結(jié)構(gòu)示意圖.12V直流電壓經(jīng)過高頻逆變和高頻整流,得到一個(gè)符合要求的350V直流電壓,該部分的控制信號(hào)由TL494(a)SPWM控制電路框圖© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 486電子器件第30卷致使D2導(dǎo)通,功率管的柵極電壓上升,功率管導(dǎo)通;(2)光電耦合器原邊沒有控制電路的驅(qū)動(dòng)脈沖電流流過時(shí),光電耦合器截止,Q1的基極電位拉低,

11、而此時(shí)功率管柵極上的電壓仍為高,致使Q1導(dǎo)通,功率管的柵極電荷通過Q1及電阻R3迅速釋放,功率管迅速截止關(guān)斷.(3)此外還要注意對(duì)功率管的保護(hù),在功率管源極和漏極之間加一個(gè)緩沖電路以避免過高的正、反向電壓損壞功率管.(b)圖3圖5驅(qū)動(dòng)電路示意圖2.33實(shí)驗(yàn)與結(jié)論結(jié)合電路設(shè)計(jì)分析,可對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試,其額定輸出功率為500W,濾波器參數(shù)取L=3mH,C=2.2F,樣機(jī)在帶負(fù)載情況下運(yùn)行時(shí),輸出電壓波形如圖6所示,輸出電壓比較穩(wěn)定,其幅值基本不受負(fù)載變化影響.在過電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)中,采用電流互感器作為電流檢測元件,利用其具有足夠快的響應(yīng)速度,能夠在IGBT允許的過流時(shí)間內(nèi)將其關(guān)斷特點(diǎn),起到保

12、護(hù)作用6.參見車載電源結(jié)構(gòu)示意圖2,過流保護(hù)信號(hào)取自CT2,經(jīng)分壓、濾波后加至電壓比較器的同相輸入端,如圖4所示.當(dāng)同相輸入端過電流檢測信號(hào)比反相輸入端參考電平高時(shí),比較器輸出高電平,使D2從原來的反向偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)?并把同相端電位提升為高電平,使電壓比較器一直穩(wěn)定輸出高電平.同時(shí),該過電流信號(hào)還送到SG3525的腳10.當(dāng)SG3525的腳10為高電平時(shí),其腳11及腳14上輸出圖6逆變器的輸出波形的脈寬調(diào)制脈沖就會(huì)立即消失而變成零.1徐奕然.脈寬控制電路SG3525原理與應(yīng)用J.電視技術(shù),2003(9):95297.2LaiRS,NgoKDI.APWMMethodforReductio

13、nofSwitc2hingLossinaFull2BridgeInverterJ.IEEETransonPE,1995,10(3):3262332.3王云亮,周淵深,舒志兵.電力電子技術(shù)M.北京:電子工業(yè)7參考文獻(xiàn):出版社,2004.圖4過電流保護(hù)電路示意圖4張占松,蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)(修訂版)M.北京:2.4驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)電子工業(yè)出版社,2004.5李成章王淑芳.新型UPS不間斷電源原理與維修技術(shù)M.在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)既要考慮在功率管需要導(dǎo)通時(shí),能迅速地建立起驅(qū)動(dòng)電壓,又要考慮在需要關(guān)斷時(shí),能迅速地釋放功率管柵極電容上的電荷,拉低驅(qū)動(dòng)電壓8.具體驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示.其工作原理是:(1)光電耦合器原邊有控制電路的驅(qū)動(dòng)脈沖電流流過時(shí),光電耦合器導(dǎo)通,Q1的基極電位迅速上升,北京:電子工業(yè)出版社,1995.6沙占友等.新型單片開關(guān)電