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一种基于SG3525控制的双管正激变换器

时间:2018-01-10 来源:
引言 双管正激变换器由于具有开关电压应力低,内在抗桥臂直通能力强,可靠性高等优点,被广泛应用于高输入电压的中、大功率等级的电源产品中。在开关电源系统中脉宽调制器的设计是一个关键问题,本文所述系统采用的脉宽调制器是美国硅通用公司的第二代产品SG3525,这是一种性能优良,功能齐全,通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠且使用方便灵活,大大简化了脉宽调制器的设计及调试。 1、双管正激变换器的特点 双管正激变换器的拓扑结构如图1所示。其基本工作原理为:S1与S2同时导通,同时关断。S1与S2导通时电源经变压器向负载输出功率并使C充电。S1及S2关断时,输出电流经D4续流,同时变压器绕组的励磁电流经D1-VIN-D2向电源返回磁能。由于D1和D2的导通使开关管S1和S2承受的电压仅为电源电压。这种双管单端正激电路虽然多用了一个开关管,但其电压较单管的低了一半,同时变压器少了一个磁通复位绕组,所以适用于具有较高输入电压的场合。  
基于SG3525控制的双管正激变换器
  图1 双管正激电路拓扑图 2、SG3525的功能介绍以及应用 随着电力电子技术的发展,各种大功率全控型器件相继问世,其中MOS型功率晶体管发展非常迅速,由于它具有高耐压,低驱动功率,良好的频率响应特性和开关时间短等优点,常常在开关稳压电源和直流斩波电路中用作开关管。开关管的控制方式采用脉冲宽度调制(PWM)方式。美国硅通用电气公司设计了适用于高频功率MOS管驱动的第二代集成电路脉冲宽度控制器,其中SG3525可用于驱动N沟道的功率MOS管。 由图2的结构框图可见,SG3525主要有基准稳压源、振荡器、误差放大器、PWM比较器和锁存器、分相器、或非门电路和图腾输出电路等几大部分组成。  
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  图2 SG3525内部结构图 2.1、SG3525基本工作原理和应用特点 SG3525的振荡器通过外接时基电容和电阻产生锯齿波振荡,同时产生时钟脉冲信号,该信号的脉冲宽度与锯齿波的下降沿相对应。时钟脉冲作为由T触发器组成的分相器的触发信号,用来产生相位差为180毅的一对方波信号。 SG3525是在SG3524的基础上改进而来的,它克服了SG3524的不足,成为第二代集成电路脉冲宽度调制器,其独特的应用特点主要有以下4点: (1)欠压锁定功能; (2)软启动功能; (3)系统的故障关闭功能; (4)死区时间可调功能。 2.2、SG3525在双管正激开关电源中的应用 根据SG3525各脚功能和双管正激电路开关管控制规律,接有如图3所示的SG3525外围电路。脚5、脚6、脚7的电容、电阻值决定了振荡器的振荡频率。脚1和脚2为SG3525的误差放大器的反相和同相输入端,现均通过一个电阻接地,让它处于不工作状态,因为本控制电路的误差放大器采用的是TL431,其原因是由于隔离反馈电路采用的是比较普遍的光隔离器。副边的误差放大器通常采用的是TL431,它的内部有一个具有温度补偿的电压参考源和一个放大器,反馈电路如图4所示。  
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  图3 SG3525在双管正激电源中的应用  
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  图4 光隔离的电压反馈电路图 SG3525的脚8接不同的对地电容时软启动的时间不一样。例如10滋F的电容所对应的软启动时间为0.58s,22滋F的电容所对应的软启动时间为1.26s等。反馈信号直接送入脚9(即PWM比较器的反相输入端),和振荡器输出的三角波进行比较输出PWM波。由于双管正激电路的两个主开关管是同时导通和同时关断,而SG3525的脚11和脚14输出的是两路占空比相等,但相位互差180毅的驱动波形。所以只用其一路输出。 3、启动电路的改进 对离线式开关电源,如果启动电路始终从电源输入线获取电流,会产生很可观的损耗,特别是在高输入电压的场合下,启动电阻的热损耗很大,所以本文采用的启动电路在电路稳定工作后就切断启动回路,其结构如图5所示。工作原理主要是当整个电源进入稳定工作状态后,SG3525的工作电源可以从变压器的附加绕组上获取,使得此时的三极管基射极和发射极上的二极管反偏,这样就完成了对启动电流的切断过程。  
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  图5 高输入电压的双管正激电路的自启动电路 4、实验结果 为了验证基于SG3525来实现双管正激变换器的可行性,选择合适的器件参数对这种控制方法的实现进行了实验验证。输入电压为400~800V,输出电压为24V,额定输出电流为6A,频率为35kHz。实验波形如图6~图9所示。 图6为SG3525的一路输出波形。开关频率为35kHz,要改变其频率很简单,只需调节SG3525振荡器的频率即可。  
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  图6 SG3525脚11输出的PWM波形 图7为输入电压增加后MOS管驱动脉宽的变化,分别为输入电压等于420V和570V时的驱动波形。由此可说明以下两点: (1)此驱动波形为交流波形,由于SG3525的输出波形是单极性的,而脉冲变压器是不允许有直流成分存在,其后接一个隔直电容后再来驱动MOS管,故开关管的驱动波形变为交流波形; (2)随着输入电压升高为570V时驱动MOS管导通的脉宽变窄,使得输出电压稳定在恒定值。  
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  图7 MOS管驱动脉宽的变化 图8为输出电压等于24V的直流波形。  
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  图8 输出电压的直流波形 图9为输出电压为24V的交流纹波,可见纹波小于40mV,电压尖峰也小于150mV。  
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  图9 输出电压的交流纹波 5、结语 实验证明:基于芯片SG3525来实现双管正激稳压电路是可行的,且性能可靠,调节方便,实测的各点波形与理论波形相符,运行效果良好。
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