SG3525的直流升壓電源的設計與仿真

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 SG3525的直流升壓電源的設計與仿真 1、引言 在直流升壓電路的設計中，Boost升壓電路構造簡單，可將不可控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏敵?，廣泛應用于可調(diào)整直流開關電源和直流電機驅(qū)動。Boost電路只有一個開關管，克服了傳統(tǒng)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源能耗大、體積大的缺點，具有體積小、構造簡單、變換效率高，不存在橋式電路共態(tài)導通等優(yōu)點。 本文采用Boost斬波電路為直流升壓電路的主電路，并以SG3525為控制設計了控制電路，其中包括完善的保護電路，以期當輸入電壓為DC78117V時，輸出可基本穩(wěn)定在DC650V。仿真實驗證明，本文的設計方法正確，電路簡單實用，能較好的到達預

2、定目的。 2、設計方案 系統(tǒng)設計框圖如圖1所示，額定輸入為96V，目的是升壓至DC540V后輸出。 圖1 系統(tǒng)設計框圖 輸出電壓經(jīng)采樣及信號調(diào)理以后，送至SG3525的1腳，1腳為誤差放大器反向輸入端，將反應信號接到該引腳形成閉環(huán)控制。將SG3525產(chǎn)生的PWM波經(jīng)由隔離驅(qū)動電路后驅(qū)動Boost斬波電路中的開關器件IGBT，將直流輸入電壓升壓至設定值輸出。 3、硬件設計 3.1、主電路的設計 本系統(tǒng)主電路設計如圖2所示。 圖2 升壓主電路 3.1.1、緩沖電路的設計 緩沖電路由電容C1、電阻RL、開關K1、K2組成，目的是為了給升壓電路及后級的逆變電路提供相對恒定的直流電壓，防止沖擊電壓和沖擊

3、電流對功率器件造成損壞。K1閉合，直流電源接通，起初輸入側濾波電容器上的電壓為0V，接通瞬間產(chǎn)生的沖擊電壓和沖擊電流可能對主功率電路造成損壞。因此，在電源輸入和濾波器之間接入限流電阻RL，將濾波器的充電電流限制在一定范圍內(nèi)。當濾波電容器充電完畢后，K2閉合，將限流電阻RL短接。限流電阻RL的取值為20k。在以上過程中，K3是打開的。 大電容C1也可起到濾波作用，濾去直流電壓中的脈動成分。電阻R為系統(tǒng)停止工作后大電容C1提供放電回路，將K3閉合，即可為C1提供放電回路。電阻R取值為10k。 3.1.2、電路參數(shù)計算及器件選型 （1）功率管 Boost電路輸入平均電流為： Ii=Po/E 輸出功率

4、為1kW，故輸入電流值為： Iimax=Po/Emin=1000/78=12.8（A） 功率管導通時峰值電流為： IQPIimax+Io=12.8+1000/540=14.7（A） 考慮額定電壓、電流裕值和元器件成本，選擇IGBT模塊IRGKIN050M12作為Boost電路的功率管，其規(guī)格為100A/1200V。 （2）二極管 通過二極管的電流值 IDIimax=12.8（A） （3）升壓電感的設計 根據(jù)儲能電感取值的不同，電路可分為連續(xù)工作狀態(tài)和不連續(xù)工作狀態(tài)兩種模式。 工作在連續(xù)、不連續(xù)臨界情況下的臨界電感為： L=UoTSmin（1-min）（1-min）/（2Uo）（1） 式中，Uo

5、為輸出電壓;TS為工作周期;Io為輸出電流，min為占空比。 已知Boost電路輸入直流電壓E變化范圍為78117V，輸出直流電壓Uo=540V，可推得占空比變化范圍為： 開關管工作頻率為10kHz，則可得： TS=1/fs=100s（3） 輸出電流范圍為0.51.85A，由式（1）可得： L1.99（mH）（4） 實際應用中Boost電路升壓設計在連續(xù)模式工作區(qū)間，故升壓電感應大于臨界值，取L=3.5（mH） （4）輸出濾波電容的設計 電感電流連續(xù)模式下，考慮濾波電容器有內(nèi)部寄生電阻，同時考慮二極管電流ID的紋波電流會全部流進電容器C，以保證負載上得到平直的直流電流。在指定紋波電壓限制下，需

6、要電容值C為： 由于在電感充電期間，電容獨立為負載供電，故由式計算出的電容值偏小，應留有一定裕量，實際中選擇C=47F。 3.2、控制電路設計 3.2.1、PWM波的產(chǎn)生 PWM波產(chǎn)生電路如圖3所示，該PWM波產(chǎn)生電路以SG3525芯片為主，外圍搭配適當?shù)碾娮?、電容等組成。 圖3 PWM波產(chǎn)生電路 3.3.2、隔離驅(qū)動電路的設計 IGBT的驅(qū)動方法常用有：直接驅(qū)動法、隔離驅(qū)動法和集成模塊驅(qū)動電路。 EXB841適用于開關頻率為40kHz以下的開關操作，可以用來驅(qū)動400A，600V或300A，1200V以下的功率IGBT。它采用單電源工作，供電簡單，內(nèi)置高速光耦實現(xiàn)輸入、輸出的隔離，隔離電壓可

7、達AC2500V/min。同時，芯片內(nèi)部設有過電流保護電路，且過電流保護后在封鎖自身輸出的同時，由專門的故障信號輸出端發(fā)出故障信號。EXB841驅(qū)動IGBT的電路如圖4所示。 圖4 EXB841驅(qū)動IGBT的電路圖 3.2.3、采樣及信號調(diào)理電路的設計 對電壓采樣通常有兩種方法：一是利用分壓電阻開展采樣;二是采用電壓采樣霍爾。綜合考慮，本文采用分壓電阻開展采樣。由于開展采樣的輸入電壓為540V，故須對采樣值開展調(diào)理。電壓采樣及信號調(diào)理電路如圖5所示。 Boost電路輸出電壓為Us為： Us=0.007659Uo-2.949 圖5 電壓采樣及信號調(diào)理電路 當輸出電壓上下波動達30V，即510VU

8、o570V時，可得到Us的范圍為0.96VUs1.42V。 3.2.4、保護電路的設計 本系統(tǒng)中設計了較為完備的保護電路及保護程序，保護電路主要有以下幾個部分：（1）輸出過壓保護電路;（2）輸入過壓、欠壓保護電路;（3）IGBT短路保護電路;（4）溫度保護電路。 4、仿真實驗及分析 為了所設計的Boost電路自身特性及性能，用MATLAB/Simulink軟件對Boost電路構建了仿真模型，如圖6所示，開展了一系列仿真實驗。 圖6 Boost電路仿真模型 運行仿真模型，得到以下仿真波形，如圖7所示。 圖7 額定輸入電壓時的仿真波形 由Boost電路仿真結果可見，Boost電路對波動的輸入電壓有較好的調(diào)節(jié)功能;所設計的緩沖電路及器件參數(shù)的選擇較為合理;所選擇的功率器