基于SG3525控制的雙管正激變換器

雁北王 2021-12-14

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引言

雙管正激變換器由于具有開關(guān)電壓應(yīng)力低，內(nèi)在抗橋臂直通能力強，可靠性高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于高輸入電壓的中、大功率等級的電源產(chǎn)品中。在開關(guān)電源系統(tǒng)中脈寬調(diào)制器的設(shè)計是一個關(guān)鍵問題，本文所述系統(tǒng)采用的脈寬調(diào)制器是美國硅通用公司的第二代產(chǎn)品SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能齊全，通用性強的單片集成PWM控制器。由于它簡單、可靠且使用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計及調(diào)試。
1、雙管正激變換器的特點

雙管正激變換器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。其基本工作原理為：S1與S2同時導通，同時關(guān)斷。S1與S2導通時電源經(jīng)變壓器向負載輸出功率并使C充電。S1及S2關(guān)斷時，輸出電流經(jīng)D4續(xù)流，同時變壓器繞組的勵磁電流經(jīng)D1-VIN-D2向電源返回磁能。由于D1和D2的導通使開關(guān)管S1和S2承受的電壓僅為電源電壓。這種雙管單端正激電路雖然多用了一個開關(guān)管，但其電壓較單管的低了一半，同時變壓器少了一個磁通復(fù)位繞組，所以適用于具有較高輸入電壓的場合。

圖1 雙管正激電路拓撲圖

2、SG3525的功能介紹以及應(yīng)用

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種大功率全控型器件相繼問世，其中MOS型功率晶體管發(fā)展非常迅速，由于它具有高耐壓，低驅(qū)動功率，良好的頻率響應(yīng)特性和開關(guān)時間短等優(yōu)點，常常在開關(guān)穩(wěn)壓電源和直流斬波電路中用作開關(guān)管。開關(guān)管的控制方式采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式。美國硅通用電氣公司設(shè)計了適用于高頻功率mos管驅(qū)動的第二代集成電路脈沖寬度控制器，其中SG3525可用于驅(qū)動N溝道的功率MOS管。
由圖2的結(jié)構(gòu)框圖可見，SG3525主要有基準穩(wěn)壓源、振蕩器、誤差放大器、PWM比較器和鎖存器、分相器、或非門電路和圖騰輸出電路等幾大部分組成。

圖2 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.1、SG3525基本工作原理和應(yīng)用特點

SG3525的振蕩器通過外接時基電容和電阻產(chǎn)生鋸齒波振蕩，同時產(chǎn)生時鐘脈沖信號，該信號的脈沖寬度與鋸齒波的下降沿相對應(yīng)。時鐘脈沖作為由T觸發(fā)器組成的分相器的觸發(fā)信號，用來產(chǎn)生相位差為180毅的一對方波信號。
SG3525是在SG3524的基礎(chǔ)上改進而來的，它克服了SG3524的不足，成為第二代集成電路脈沖寬度調(diào)制器，其獨特的應(yīng)用特點主要有以下4點：
（1）欠壓鎖定功能；
（2）軟啟動功能；
（3）系統(tǒng)的故障關(guān)閉功能；
（4）死區(qū)時間可調(diào)功能。
2.2、SG3525在雙管正激開關(guān)電源中的應(yīng)用

根據(jù)SG3525各腳功能和雙管正激電路開關(guān)管控制規(guī)律，接有如圖3所示的SG3525外圍電路。腳5、腳6、腳7的電容、電阻值決定了振蕩器的振蕩頻率。腳1和腳2為SG3525的誤差放大器的反相和同相輸入端，現(xiàn)均通過一個電阻接地，讓它處于不工作狀態(tài)，因為本控制電路的誤差放大器采用的是TL431，其原因是由于隔離反饋電路采用的是比較普遍的光隔離器。副邊的誤差放大器通常采用的是TL431，它的內(nèi)部有一個具有溫度補償?shù)碾妷簠⒖荚春鸵粋€放大器，反饋電路如圖4所示。

圖3 SG3525在雙管正激電源中的應(yīng)用

圖4 光隔離的電壓反饋電路圖

SG3525的腳8接不同的對地電容時軟啟動的時間不一樣。例如10滋F的電容所對應(yīng)的軟啟動時間為0.58s，22滋F的電容所對應(yīng)的軟啟動時間為1.26s等。反饋信號直接送入腳9（即PWM比較器的反相輸入端），和振蕩器輸出的三角波進行比較輸出PWM波。由于雙管正激電路的兩個主開關(guān)管是同時導通和同時關(guān)斷，而SG3525的腳11和腳14輸出的是兩路占空比相等，但相位互差180毅的驅(qū)動波形。所以只用其一路輸出。
3、啟動電路的改進

對離線式開關(guān)電源，如果啟動電路始終從電源輸入線獲取電流，會產(chǎn)生很可觀的損耗，特別是在高輸入電壓的場合下，啟動電阻的熱損耗很大，所以本文采用的啟動電路在電路穩(wěn)定工作后就切斷啟動回路，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。工作原理主要是當整個電源進入穩(wěn)定工作狀態(tài)后，SG3525的工作電源可以從變壓器的附加繞組上獲取，使得此時的三極管基射極和發(fā)射極上的二極管反偏，這樣就完成了對啟動電流的切斷過程。

圖5 高輸入電壓的雙管正激電路的自啟動電路

4、實驗結(jié)果

為了驗證基于SG3525來實現(xiàn)雙管正激變換器的可行性，選擇合適的器件參數(shù)對這種控制方法的實現(xiàn)進行了實驗驗證。輸入電壓為400~800V，輸出電壓為24V，額定輸出電流為6A，頻率為35kHz。實驗波形如圖6~圖9所示。
圖6為SG3525的一路輸出波形。開關(guān)頻率為35kHz，要改變其頻率很簡單，只需調(diào)節(jié)SG3525振蕩器的頻率即可。

圖6 SG3525腳11輸出的PWM波形

圖7為輸入電壓增加后MOS管驅(qū)動脈寬的變化，分別為輸入電壓等于420V和570V時的驅(qū)動波形。由此可說明以下兩點：
（1）此驅(qū)動波形為交流波形，由于SG3525的輸出波形是單極性的，而脈沖變壓器是不允許有直流成分存在，其后接一個隔直電容后再來驅(qū)動MOS管，故開關(guān)管的驅(qū)動波形變?yōu)榻涣鞑ㄐ危?br>（2）隨著輸入電壓升高為570V時驅(qū)動MOS管導通的脈寬變窄，使得輸出電壓穩(wěn)定在恒定值。