基于SG3525的大功率開關(guān)電源的研制

如圖3, 電壓反饋電路通過光電耦合器實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)電輸出部分與弱電控制部分的隔離。光電耦合器采用的是Hp 4504, 當(dāng)輸入端電流在0～ 4mA 之間的時(shí)候， 輸入與輸出之間的電流傳遞比呈線性關(guān)系， 設(shè)計(jì)的時(shí)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(dāng)輸出電壓U out升高時(shí)， 光電耦合器的輸出端發(fā)射極電流I e 呈線性增大， 使發(fā)射極電壓V e 增大， 通過C2、C3、R 4、R 5 的濾波穩(wěn)壓后輸入到引腳1 的V 1 也隨之增大。當(dāng)V 1 增大時(shí)， 經(jīng)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U out降低; 反之， 當(dāng)U out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。總之， 1 腳電壓V 1 的增大與減小反映了輸出電壓U out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(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)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(dāng)中， 不僅降低了成本，而且使輸入與輸出隔離， 同時(shí)在穩(wěn)壓效果上也能與電壓傳感器相媲美， 在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)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(hào)V i與給定的限流基準(zhǔn)電壓U refi作比較， 外接負(fù)載變化使輸出電流U out變化時(shí)，V i 也會(huì)相應(yīng)的改變。當(dāng)Iout增大使V i 大于V refi時(shí)， 運(yùn)算放大器L 1A 的輸出端V b 為低電平。此時(shí)，L 2A 的輸出端V 2 將被直接拉低為低電平， 2腳相當(dāng)于接地， 輸出端11 和14 腳無脈沖輸出， 開關(guān)電源出現(xiàn)“打嗝”現(xiàn)象， 起到了限流作用。與此同時(shí)， 輸出電流Iout減小使得V 2 再次被拉高， 11 和14 腳恢復(fù)脈沖輸出， 開關(guān)電源正常工作， 以此達(dá)到輸出電流的動(dòng)態(tài)平衡過程。

圖4　賽米控SKYPER32PRO 驅(qū)動(dòng)模塊

5　IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路

IGBT 的觸發(fā)和關(guān)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(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率，才能保證IGBT 的及時(shí)觸發(fā)和關(guān)斷。

本電源的IGBT 驅(qū)動(dòng)采用賽米控(Sem ik ron )SKYPER32PRO 驅(qū)動(dòng)模塊。該控制核是一個(gè)半橋式驅(qū)動(dòng)模塊， 集驅(qū)動(dòng)、內(nèi)部隔離、電氣保護(hù)于一體。與同類型的產(chǎn)品相比， SKYPER32PRO 具有許多特點(diǎn)。

(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(qū)動(dòng)信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)，并將能量傳遞到副邊。

(2) 該組件設(shè)計(jì)為即插即用， 使用方便， 并且已經(jīng)進(jìn)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(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋臂的雙邊供電。

(4) 具有短脈沖抑制功能， 能自動(dòng)修復(fù)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(fù)位和死區(qū)互鎖功能等。

6　樣機(jī)研制

主要技術(shù)指標(biāo)：

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(yàn)樣機(jī)額定負(fù)載時(shí)的輸出波形如圖5 (a) 所示。由圖5 (a) 實(shí)際讀數(shù)可知， 輸出電壓從0V 上升到220V 的響應(yīng)時(shí)間為1s 左右， 電源系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度。同時(shí)， 由圖5 (b) 中的電壓波形局部放大圖可見， 輸出電壓為220V 時(shí)， 電壓波動(dòng)在2V 左右， 其最大電壓波動(dòng)小于1%。

圖5

7　結(jié)論

利用SG3525 和SKYPER32PRO 的強(qiáng)大功能設(shè)計(jì)了一臺(tái)11kW、220V 的直流開關(guān)電源。本電源設(shè)計(jì)簡單， 調(diào)試方便， 所需元器件較少， 體積小， 成本低。負(fù)載在全范圍內(nèi)變化時(shí)， 本電源均能夠保持良好的輸出性能。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求， 輸出紋波系數(shù)控制在小于1% 的范圍內(nèi)。