并聯(lián)型高頻開關(guān)直流電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖4 電壓外環(huán)等效方框圖

GV(s)為電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)：

(1-1)

Gi(s)為電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)：

(1-2)

Gdi(s)為主電路的占空比對電感電流的開環(huán)傳遞函數(shù)

(1-3)

忽略輸出濾波電感電容的等效電阻的影響

(1-4)

式中：

Udc輸入直流母線電壓;

n為副邊與原邊的匝比

L為輸出濾波電感值;

RL為濾波電感的電阻;

C為輸出濾波電容;

RC為濾波電容的串聯(lián)等效電阻;

R為負(fù)載電阻。

Z(s)為負(fù)載和輸出電容支路的并聯(lián)阻抗：

(1-5)

由圖3可得，電流環(huán)(內(nèi)環(huán))的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

(1-6)

然后由等效方框圖圖4可得，補(bǔ)償前電壓環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

(1-7)

3 控制電路設(shè)計(jì)

采用集成芯片UC3525外加運(yùn)放構(gòu)成平均電流模式控制電路并用單片UC3525外加邏輯電路的方式形成有限雙極性控制的4路控制信號(hào)(如圖5)。

1) 外環(huán)控制。電壓給定信號(hào)與輸出電壓反饋信號(hào)經(jīng)運(yùn)放U1補(bǔ)償比較得Ue，接到UC3525的內(nèi)部誤差放大器正相輸入端2腳作為反饋電流的控制信號(hào)Uip。當(dāng)輸出電流超過給定限流值時(shí)，D11導(dǎo)通，Uip被嵌在給定限流值上。

2) 內(nèi)環(huán)控制。采樣電阻檢測輸出電流并通過電流檢測放大器得電流反饋信號(hào)。接到UC3525的內(nèi)部誤差放大器反相輸入端的1腳，與Uip進(jìn)行比較。UC3525的9腳為反饋補(bǔ)償端。

3) 有限雙極性控制。UC3525的4腳為同步信號(hào)輸出，該信號(hào)作為D觸發(fā)器U3的時(shí)鐘信號(hào)，U3的Q端(1腳)和

端(2腳)既可得到占空比為50%相位相差180的兩組脈沖，Q11、Q12用于控制死區(qū)時(shí)間。

圖5 單片UC3525構(gòu)成有限雙極性控制原理圖

4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

在IGBT的使用過程中，驅(qū)動(dòng)電路選擇的合理性和設(shè)計(jì)是否正確是影響其推廣使用的問題之一。IGBT的通態(tài)電壓、開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗、承受短路能力以及dv/dt電流等參數(shù)均與門極驅(qū)動(dòng)條件密切相關(guān)。

IGBT的驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖6所示。

圖中Q1為由控制電路產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入，fault為本驅(qū)動(dòng)電路在檢測到過流等故障時(shí)發(fā)出的故障檢測信號(hào)。C1、G1、E1分別接IGBT的源柵漏級(jí)。驅(qū)動(dòng)電路的供電，采用單電源加穩(wěn)壓管的方式。

對于M57962AL驅(qū)動(dòng)電路，在以下兩種情況容易導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路失去負(fù)偏壓：一是產(chǎn)生負(fù)偏壓的穩(wěn)壓二極管D2被擊穿短路;二是驅(qū)動(dòng)電路在單電源供電時(shí)，因失去電源供電電壓的時(shí)候。此時(shí)若按傳統(tǒng)的M57962AL單電源供電的典型接法(如圖7)，并沒有保護(hù)信號(hào)給出，易造成IGBT的損壞

圖6 IGBT的驅(qū)動(dòng)電路原理圖

針對上述所說的情況，對M57962AL的外圍電路進(jìn)行了一些改進(jìn)(如圖7)所示。在正常情況下，D4導(dǎo)通，M57962AL的8腳為高電平，D1截止，VT導(dǎo)通，光耦輸出呈低阻態(tài)，故障信號(hào)為低電平，表現(xiàn)為無故障。過流保護(hù)時(shí)，D4截止，M57962AL的8腳為低電平，D1導(dǎo)通，VT截止，光耦輸出呈高阻態(tài)，故障信號(hào)為高電平，表現(xiàn)為有故障發(fā)生。如果穩(wěn)壓二極管D2擊穿短路，則D4截止，VT截止，光耦輸出呈高阻態(tài)，同樣給出故障信號(hào)。如果驅(qū)動(dòng)電路失去+24V電壓，則光耦無電流流過，仍然表現(xiàn)為故障保護(hù)。這樣就避免了IGBT因?yàn)槭ヘ?fù)偏壓或者失去供電而導(dǎo)致?lián)p壞。

圖7 M57962AL的典型接法

5 結(jié)束語

針對高頻開關(guān)電力操作電源的技術(shù)要求，對開關(guān)電源的控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、緩沖電路及主要磁元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)、優(yōu)化。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，也必將推動(dòng)高頻開關(guān)電源朝著更大規(guī)模的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

1 張勝輝, 郭海軍等.并聯(lián)均流高頻開關(guān)電源的研究.國外電子元器件.2004,(11):20~22