基于SG3525的大功率开关电源研发方案分享-电源网

大功率电源在最近几年中，研发速度有了明显的加快和提升。为了方便各位工程师在进行大功率电源新产品研发时的参考，我们今天将会为大家分享一种基于SG3525的大功率开关电源研发方案，大家一起来看看吧。

在这种基于SG3525的大功率电源设计方案中，电源模块采用半桥式功率逆变电路，其功率主电路如下图图1所示：

图1 功率主电路原理图

从图1所提供的大功率开关电源功率主电路原理图中，我们可以看到，在该电路系统中主要采用了三相交流电经EMI滤波器滤波方案，这种设计大大减少了交流电源输入的电磁干扰，同时还防止开关电源产生的谐波串扰到输入电源端。再经过桥式整流电路、滤波电路变成直流电压加在P、N两点间。P、N之间接入一个小容量、高耐压的无感电容，起到高频滤波的作用。半桥式功率变换电路与全桥式功率变换电路类似，只是其中两个功率开关器件改由两个容量相等的电容C1和C2代替。

在实际的应用和调试过程中，为了能够进一步提高该电源系统中的电容容量以及耐压程度，该系统中的电容C1和C2往往采用由多个等值电容并联组成的电容组。C1、C2的容量选值应尽可能大，以减小输出电压的纹波系数和低频振荡。由于对体积和重量的限制，C1和C2的值不可能无限大，为使输出电压的纹波达到规定的要求，该电容值有一个计算公式，即：

在上述计算电容值的公式中，参数IL为输出负载电流，参数VL为输出负载电压，参数VM为输入交流电压幅值，f为输入交流电频率，参数VU为输出的纹波电压值。当然了，这仅仅是一个理论上的计算公式，得到的满足要求的电容计算值比较大，实际取的电容应尽量大一些，由于输出端电压较小，也可以在二次整流滤波时加大电容，这样折算到该公式的电容值也不小。C1和C2在这里实现了静态时分压，可使VA=Vin/2。

在这种大功率电源的主电路系统中，我们可以看到，这种主电路系统的工作状态是非常清晰的。当VT1导通、VT2截止时，则系统的输入电流方向为图中虚线方向，此时电流将会向电容C2充电，同时C1通过VT1放电。当VT2导通、VT1截止时，输入电流方向为图中实线方向，向电容C1充电，同时C2通过VT2放电。当VT1导通、VT2截止时，VT2两端承受的电压为输入直流电压Vin。IGBT的集-射极间并接RC吸收网络，降低开关管的开关应力，减小IGBT关断产生的尖峰电压。并联二极管在该电路系统中，除妖实现了续流的作用。二次整流采用单相桥式整流电路，通过后续的LC滤波电路，消除高频纹波，减小输出直流电压的低频振荡。LC滤波电路中的电容由多个高耐压、大容量的电容并联组成，以提高电源的可靠性，使输出直流电压更加平稳。

在进行设计之前，我们需要对即将应用在大功率开关电源主电路系统中的SG3525芯片，进行一个大致的了解。这种SG3525芯片是一款功能齐全、通用性强的单片集成PWM芯片。它采用恒频脉宽调制控制方案，适合于各种开关电源、斩波器的控制。其主要功能包括基准电压产生电路、振荡器、误差放大器、PWM比较器、欠压锁定电路、软启动控制电路、推拉输出形式。SG3525的基本外围电路接线图如图2所示。

图2 SG3525的基本外围接线图

这种应用了SG3525芯片的电路拥有很多独特优势，最大的优点在于其本身的频率可调，一般通过改变CT和RT（见图2）的值来调节PWM波的输出频率，频率的计算公式为：

除了频率可调的优势外，SG3525芯片的应用的过程中，还具有死区时间可调的优势，通过调节RD即可改变死区时间的大小，防止逆变桥的上下桥臂直通。其本身具有PWM脉冲信号封锁功能也是一大特色，当10脚电压高于2.5V时，可及时封锁脉冲输出，防止出现过压、过流、过热故障时对电路产生危害，所设计的系统可靠性高。

这种利用SG3525芯片所建立的大功率直流开关电源控制电路，如下图图3所示，下面主要介绍调压和限流模块。

图3 SG3525外围控制电路

如上图图3所展示的基于SG3525而设计的大功率开关电源外围控制电路图，在该控制电路系统中，我们可以看到，电压反馈电路通过光电耦合器实现了强电输出部分与弱电控制部分的隔离。光电耦合器采用的是Hp4504，当输入端电流在0～4mA之间时，输入与输出之间的电流传递比呈线性关系，因此在工程师进行设计的时候，应当选择合适的限流电阻，控制输入端电流在0～3mA之间变化。

在该外围控制电路系统中，当输出电压升高时，系统中的光电耦合器输出端发射极电流Ie将会呈现线性增大的趋势，使发射极电压Ve增大，通过C2、C3、R4、R5的滤波稳压后输入到引脚1的V1也随之增大。当V1增大时，经误差放大9脚电压下降，比较器输出的脉冲宽度变宽，11和14脚输出的PWM脉冲宽度反而变窄，从而使输出电压Uout降低。反过来讲，当输出电压Uout下降使1脚电压减小，9脚电压升高，11和14脚输出的PWM脉冲宽度变宽。

此时我们将通过输出端电流传感器得到的电流采样信号，与给定的限流基准电压Urefi进行比较，可以发现一个规律，那就是：当外接负载变化使输出电流Uout变化时，Vi也会相应的改变。当输出电流增大使Vi大于Vrefi时，运算放大器L1A的输出端Vb为低电平。此时，L2A的输出端V2将被直接拉低为低电平，2脚相当于接地，输出端11和14脚无脉冲输出，开关电源出现“打嗝”现象，起到了限流作用。与此同时，输出电流Iout减小使得V2再次被拉高，此时SG3525的11脚和14脚恢复脉冲输出，开关电源正常工作，以此达到输出电流的动态平衡过程。

在本次基于SG3525芯片所设计的大功率电源方案中，我们所设计的IGBT驱动部分主要采用的是赛米控SKYPER32PRO驱动模块。该控制核是一个半桥式驱动模块，集驱动、内部隔离、电气保护于一体。在实验中，测出的额定负载时的输出波形如图4（a）所示。由图4（a）实际读数可知，输出电压从0V上升到220V的响应时间为1s左右，电源系统具有较快的响应速度。同时，由图4（b）中的电压波形局部放大图可见，输出电压为220V时，电压波动在2V左右，其最大电压波动小于1%。

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