基于sg3525的大功率開關電源設計

基于sg3525的大功率開關電源設計

1變壓器供電質量方面的應用和效率隨著電子技術的快速發(fā)展，電子設備的類型也日益增多。任何電子設備都離不開可靠的供電電源,對電源供電質量的要求也越來越高,而開關電源在效率、重量、體積等方面相對于傳統(tǒng)的晶體管線性電源具有顯著優(yōu)勢。正是由于開關電源的這些特點,它在新興的電子設備中得到廣泛應用,已逐漸取代了連續(xù)控制式的線性電源。2電容的選擇和放電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EMI濾波器濾波,大大減少了交流電源輸入的電磁干擾,同時防止開關電源產生的諧波串擾到輸入電源端。再經過橋式整流電路、濾波電路變成直流電壓加在P、N兩點間。P、N之間接入一個小容量、高耐壓的無感電容,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,只是其中兩個功率開關器件改由兩個容量相等的電容C1和C2代替。在實際應用中為了提高電容的容量以及耐壓程度,C1和C2往往采用由多個等值電容并聯(lián)組成的電容組。C1、C2的容量選值應盡可能大,以減小輸出電壓的紋波系數(shù)和低頻振蕩。由于對體積和重量的限制,C1和C2的值不可能無限大,為使輸出電壓的紋波達到規(guī)定的要求,該電容值有一個計算公式,即:式中,IL為輸出負載電流,VL為輸出負載電壓,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。這是一個理論上的計算公式,得到的滿足要求的電容計算值比較大,實際取的電容應盡量大一些,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在這里實現(xiàn)了靜態(tài)時分壓,使Vα=Vin/2。當VT1導通、VT2截止時,輸入電流方向為圖中虛線方向,向C2充電,同時C1通過VT1放電;當VT2導通、VT1截止時,輸入電流方向為圖中實線方向,向C1充電,同時C2通過VT2放電。當VT1導通、VT2截止時,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吸收網絡,降低開關管的開關應力,減小IGBT關斷產生的尖峰電壓;并聯(lián)二極管實現(xiàn)續(xù)流的作用。二次整流采用單相橋式整流電路,通過后續(xù)的LC濾波電路,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)。3tm比較突出的特點SG3525是一款功能齊全、通用性強的單片集成PWM芯片。它采用恒頻脈寬調制控制方案,適合于各種開關電源、斬波器的控制。其主要功能包括基準電壓產生電路、振蕩器、誤差放大器、PWM比較器、欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、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。(1)頻率可調,一般通過改變CT和RT(見圖2)的值來調節(jié)PWM波的輸出頻率,其頻率的計算公式為:f=1Cr(0.67RT+1.3RD)f=1Cr(0.67RΤ+1.3RD)(2)死區(qū)時間可調,通過調節(jié)RD即可改變死區(qū)時間的大小,防止逆變橋的上下橋臂直通。(3)具有PWM脈沖信號封鎖功能,當10腳電壓高于2.5V時,可及時封鎖脈沖輸出,防止出現(xiàn)過壓、過流、過熱故障時對電路產生危害。(4)芯片內振蕩器工作頻率為100Hz～400kHz。設有引腳3為同步端,為多個SG3525聯(lián)用提供方便。(5)具有軟啟動電路,比較器的反相輸入端即軟啟動控制端芯片的引腳8,可外接軟啟動電容C。該電容器內部的基準電壓Vref由恒流源供電,達到2.5V的時間t=(2.5V/50μA)C,占空比由小到大(50%)變化。(6)內置PWM(脈寬調制)鎖存器將比較器送來的置位信號鎖存,并將誤差放大器上的噪聲、振鈴及系統(tǒng)所有的跳動和振蕩信號消除。只有在下一個時鐘周期才能重新置位,系統(tǒng)的可靠性高。4電流ie呈線性大時值,uss了輸出電壓的自動可選擇機制利用SG3525建立的大功率直流開關電源控制電路如圖3所示,下面主要介紹調壓和限流模塊。如圖3,電壓反饋電路通過光電耦合器實現(xiàn)了強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,當輸入端電流在0～4mA之間的時候,輸入與輸出之間的電流傳遞比呈線性關系,設計的時候選擇合適的限流電阻,控制輸入端電流在0～3mA之間變化。當輸出電壓Uout升高時,光電耦合器的輸出端發(fā)射極電流Ie呈線性增大,使發(fā)射極電壓Ve增大,通過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V1增大時,經誤差放大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?1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,以實現(xiàn)電路的自動穩(wěn)壓調節(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,用在反饋電路當中,不僅降低了成本,而且使輸入與輸出隔離,同時在穩(wěn)壓效果上也能與電壓傳感器相媲美,在實際應用當中,不失為一種可取的方法。通過輸出端電流傳感器得到的電流采樣信號Vi與給定的限流基準電壓Urefi作比較,外接負載變化使輸出電流Uout變化時,Vi也會相應的改變。當Iout增大使Vi大于Vrefi時,運算放大器L1A的輸出端Vb為低電平。此時,L2A的輸出端V2將被直接拉低為低電平,2腳相當于接地,輸出端11和14腳無脈沖輸出,開關電源出現(xiàn)“打嗝”現(xiàn)象,起到了限流作用。與此同時,輸出電流Iout減小使得V2再次被拉高,11和14腳恢復脈沖輸出,開關電源正常工作,以此達到輸出電流的動態(tài)平衡過程。5基于心理脈沖器的治療方案IGBT的觸發(fā)和關斷要求給其柵極和發(fā)射極之間加上正向和反向電壓,并且需要一定的動態(tài)驅動功率,才能保證IGBT的及時觸發(fā)和關斷。本電源的IGBT驅動采用賽米控(Semikron)SKYPER32PRO驅動模塊。該控制核是一個半橋式驅動模塊,集驅動、內部隔離、電氣保護于一體。與同類型的產品相比,SKYPER32PRO具有許多特點。(1)采用具有雙向傳輸功能的脈沖變壓器,通過這種方法在原邊與副邊之間傳輸驅動信號和狀態(tài)信號,并將能量傳遞到副邊。(2)該組件設計為即插即用,使用方便,并且已經進行了全面的電測試和溫度測試。(3)采用單電源供電模式,同時對驅動橋臂的雙邊供電。(4)具有短脈沖抑制功能,能自動修復由SG3525送出的雙路PWM波,使波形更加平穩(wěn)。(5)具有VCE監(jiān)測、欠壓監(jiān)測、欠壓復位和死區(qū)互鎖功能等。6額定負載時輸出電壓分析主要技術指標:輸入電壓:三相AC380V±5%輸出電壓:DC220V±2%輸出電流:50A額定功率:11kW所得試驗樣機額定負載時的輸出波形如圖5(a)所示。由圖5(a)實際讀數(shù)可知,輸出電壓從0V上升到220V的響應時間為1s左右,電源系統(tǒng)具有較快的響應速度。同時,由圖5(b)中的電壓波形局部放大圖可見,輸出電壓為220V時,電壓波動在2V左右,其最大電