基于SG3525的大功率開關(guān)電源的研制

1　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)備都離不開可靠的供電電源， 對(duì)電源供電質(zhì)量的要求也越來越高， 而開關(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。正是由于開關(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。

圖1　功率主電路原理圖

2　功率主電路

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)EM I 濾波器濾波， 大大減少了交流電源輸入的電磁干擾， 同時(shí)防止開關(guān)電源產(chǎn)生的諧波串?dāng)_到輸入電源端。再經(jīng)過橋式整流電路、濾波電路變成直流電壓加在P、N 兩點(diǎn)間。P、N 之間接入一個(gè)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(gè)功率開關(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， V L 為輸出負(fù)載電壓，V M 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V A= V in/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V T1 放電; 當(dāng)V T 2 導(dǎo)通、V T 1 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V T 2 放電。

當(dāng)V T1 導(dǎo)通、V T 2 截止時(shí)，V T 2 兩端承受的電壓為輸入直流電壓V in。IGBT 的集- 射極間并接RC 吸收網(wǎng)絡(luò)， 降低開關(guān)管的開關(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(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)。

3　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)， 一般通過改變CT 和R T (見圖2) 的值來調(diào)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)， 通過調(diào)節(jié)R D 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)過壓、過流、過熱故障時(shí)對(duì)電路產(chǎn)生危害。

(4) 芯片內(nèi)振蕩器工作頻率為100Hz～ 400kHz。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V ref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)制) 鎖存器將比較器送來的置位信號(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。

4　SG3525 的應(yīng)用電路及工作原理

利用SG3525 建立的大功率直流開關(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