引言

雙管正激變換器由于具有開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力低，內(nèi)在抗橋臂直通能力強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高輸入電壓的中、大功率等級(jí)的電源產(chǎn)品中。在開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，本文所述系統(tǒng)采用的脈寬調(diào)制器是美國(guó)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(qiáng)的單片集成PWM控制器。由于它簡(jiǎn)單、可靠且使用方便靈活，大大簡(jiǎn)化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試。

1、雙管正激變換器的特點(diǎn)

雙管正激變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。其基本工作原理為：S1與S2同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷。S1與S2導(dǎo)通時(shí)電源經(jīng)變壓器向負(fù)載輸出功率并使C充電。S1及S2關(guān)斷時(shí)，輸出電流經(jīng)D4續(xù)流，同時(shí)變壓器繞組的勵(lì)磁電流經(jīng)D1-VIN-D2向電源返回磁能。由于D1和D2的導(dǎo)通使開(kāi)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(gè)開(kāi)關(guān)管，但其電壓較單管的低了一半，同時(shí)變壓器少了一個(gè)磁通復(fù)位繞組，所以適用于具有較高輸入電壓的場(chǎng)合。

圖1 雙管正激電路拓?fù)鋱D

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(wèn)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(dòng)功率，良好的頻率響應(yīng)特性和開(kāi)關(guān)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，常常在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和直流斬波電路中用作開(kāi)關(guān)管。開(kāi)關(guān)管的控制方式采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式。美國(guó)硅通用電氣公司設(shè)計(jì)了適用于高頻功率MOS管驅(qū)動(dòng)的第二代集成電路脈沖寬度控制器，其中SG3525可用于驅(qū)動(dòng)N溝道的功率MOS管。

由圖2的結(jié)構(gòu)框圖可見(jiàn)，SG3525主要有基準(zhǔn)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(diǎn)

SG3525的振蕩器通過(guò)外接時(shí)基電容和電阻產(chǎn)生鋸齒波振蕩，同時(shí)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，該信號(hào)的脈沖寬度與鋸齒波的下降沿相對(duì)應(yīng)。時(shí)鐘脈沖作為由T觸發(fā)器組成的分相器的觸發(fā)信號(hào)，用來(lái)產(chǎn)生相位差為180毅的一對(duì)方波信號(hào)。

SG3525是在SG3524的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)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(dú)特的應(yīng)用特點(diǎn)主要有以下4點(diǎn)：

(1)欠壓鎖定功能;

(2)軟啟動(dòng)功能;

(3)系統(tǒng)的故障關(guān)閉功能;

(4)死區(qū)時(shí)間可調(diào)功能。

2.2、SG3525在雙管正激開(kāi)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(kāi)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(guò)一個(gè)電阻接地，讓它處于不工作狀態(tài)，因?yàn)楸究刂齐娐返恼`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(gè)具有溫度補(bǔ)償?shù)碾妷簠⒖荚春鸵粋€(gè)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(duì)地電容時(shí)軟啟動(dòng)的時(shí)間不一樣。例如10滋F的電容所對(duì)應(yīng)的軟啟動(dòng)時(shí)間為0.58s，22滋F的電容所對(duì)應(yīng)的軟啟動(dòng)時(shí)間為1.26s等。反饋信號(hào)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(jìn)行比較輸出PWM波。由于雙管正激電路的兩個(gè)主開(kāi)關(guān)管是同時(shí)導(dǎo)通和同時(shí)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(dòng)波形。所以只用其一路輸出。

3、啟動(dòng)電路的改進(jìn)

對(duì)離線式開(kāi)關(guān)電源，如果啟動(dòng)電路始終從電源輸入線獲取電流，會(huì)產(chǎn)生很可觀的損耗，特別是在高輸入電壓的場(chǎng)合下，啟動(dòng)電阻的熱損耗很大，所以本文采用的啟動(dòng)電路在電路穩(wěn)定工作后就切斷啟動(dòng)回路，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。工作原理主要是當(dāng)整個(gè)電源進(jìn)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(shí)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(duì)啟動(dòng)電流的切斷過(guò)程。

圖5 高輸入電壓的雙管正激電路的自啟動(dòng)電路

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證基于SG3525來(lái)實(shí)現(xiàn)雙管正激變換器的可行性，選擇合適的器件參數(shù)對(duì)這種控制方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)波形如圖6~圖9所示。

圖6為SG3525的一路輸出波形。開(kāi)關(guān)頻率為35kHz，要改變其頻率很簡(jiǎn)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(dòng)脈寬的變化，分別為輸入電壓等于420V和570V時(shí)的驅(qū)動(dòng)波形。由此可說(shuō)明以下兩點(diǎn)：

(1)此驅(qū)動(dòng)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(gè)隔直電容后再來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS管，故開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形變?yōu)榻涣鞑ㄐ?

(2)隨著輸入電壓升高為570V時(shí)驅(qū)動(dòng)MOS管導(dǎo)通的脈寬變窄，使得輸出電壓穩(wěn)定在恒定值。

圖7 MOS管驅(qū)動(dòng)脈寬的變化

圖8為輸出電壓等于24V的直流波形。

圖8 輸出電壓的直流波形

圖9為輸出電壓為24V的交流紋波，可見(jiàn)紋波小于40mV，電壓尖峰也小于150mV。

圖9 輸出電壓的交流紋波

5、結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)證明：基于芯片SG3525來(lái)實(shí)現(xiàn)雙管正激穩(wěn)壓電路是可行的，且性能可靠，調(diào)節(jié)方便，實(shí)測(cè)的各點(diǎn)波形與理論波形相符，運(yùn)行效果良好。