降压斩波电路设计(2)

信号作出反应，关闭控制信号。脉宽调节器的基本工作原理是用一个电压比较器，在正输入端输入一个三角波，在负输入端输入一直流电平，比较后输出一方波信号，改变负输入端直流电平的大小，即可改变方波信号的脉宽。

对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出PWM波，也可以通过特定的PWM发生芯片来控制。因为斩波电路有三种控制方式，又因为PWM控制技术应用最为广泛，所以采用PWM控制方式来控制IGBT的通断。PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术。这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。改变脉冲的占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲的占空比进行控制. 因为题目要求输出电压连续可调，所以我选用一般的PWM发生芯片来进行连续控制。

对于PWM发生芯片，我选用了SG3525芯片，它是一款专用的PWM控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。

SG3525是定频PWM电路，采用16引脚标准DIP封装。其各引脚功能如图4所示，内部框图如图5所示。

图4 SG3525的引脚

图5 内部框图

5.2 SG3525各引脚具体功能：

（1）引脚1：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。 （2）引脚2：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端之间接入信号不同的反馈网络。 （3） 引脚3：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。

（4） 引脚4：振荡器输出端。 （5）引脚5：振荡器定时电容接入端。 （6） 引脚6：振荡器定时电阻接入端。

（7）引脚7：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，形成放电回路。

（8） 引脚8：软启动电容接入端。 （9） 引脚9：PWM信号输入端。 （10） 引脚10：外部关断信号输入端。 （11） 引脚11：输出端A。 （12） 引脚12：信号地。

（13） 引脚13：输出级偏置电压接入端。 （14） 引脚14：输出端B。 （15） 引脚15：偏置电源接入端。 （16） 引脚16：基准电源输出端。

5.3 SG3525芯片特点如下：

（1） 工作电压范围：8-35v。 （2） 5.1V微调基准电源

（3） 振荡器频率工作范围：100Hz-500kHz。 （4） 具有振荡器外部同步功能 （5）死区时间可调。 （6） 内置软启动电路。

（7） 具有输入欠电压锁定功能。 （8） 具有PWM锁存功能，禁止多脉冲。 （9）逐个脉冲关断。

（10）双路输出（灌电流/拉电流）：Ma(峰值)

其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM信号。脚6、脚7 内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1 及脚2 分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器。根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络，另外当10脚的电压为高电平时，11和14脚的电压变为10输出。

5.4 控制电路原理分析：

由于SG3525的振荡频率可表示为 ：

f?1

Ct(0.7Rt?3Rd)式中:Ct, Rt分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻；Rd是与脚7相连的放电端电阻值。根据任务要求需要频率为40kHz，所以由上式可取Ct=1μF,

Rt=10Ω,Rd=6.2Ω。可得f=39.1kHz，基本上等于实际40 kHz即满足要求。

SG3525有保护的功能，可以通过改变10脚电压的高低来控制脉冲波的输出。因此可以将驱动电路输出的过流保护电流信号经一电阻作用，转换成电压信号来进行过流保护。当驱动电路检测到过流时发出电流信号，由于电阻的作用将10脚的电位抬高，从而13脚输出低电平，而当其没有过流时，10脚一直处于低电平，从而正常的输出PWM波。

由此可以得出控制电路的电路图如图6所示：

图6.控制电路图

其中第十脚过流过压还有欠电压保护输入端。

6 驱动电路原理与设计

6.1 驱动电路方案设计与选择：

该驱动部分是连接控制部分和主电路的桥梁，该部分主要完成以下几个功能：(1)提供适当的正向和反向输出电压，使IGBT可靠的开通和关断；(2)提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使IGBT能迅速建立栅控电场而导通；(3)尽可能小的输入输出延迟时间，以提高工作效率；(4) 足够高的输入输出电气隔离性能，使信号电路与栅极驱动电路绝缘；(5)具有灵敏的过流保护能力。针对以上几个要求，对驱动电路进行以下设计。针对驱动电路的隔离方式：

(1)采用磁耦隔离，最常用的是用时变压器隔离，即通过一次侧和二次侧的磁耦联系将电路隔开，从而取到电气隔离的作用。这种方法的优点是简单，不需要外接电源对器件进行驱动，且传递的效率很高。但同时缺点也很明显，首先磁耦隔离只能用于交流电路，直流电路无效，其次变压器的体积较大，不利于集成。

(2)采用光电耦合式驱动电路，该电路双侧都有源。其提供的脉冲宽度不受限制，较易检测IGBT的电压和电流的状态，对外送出过流信号。另外它使用比较方便，稳定性比较好。但是它需要较多的工作电源，其对脉冲信号有1μs的时间滞后，不适应于某些要求比较高的场合。（11）

由于这次设计的电路是直流电路，且要求不是很高，所以选择光耦隔离。

6.2 驱动电路工作分析：

驱动电路的电路图如图5所示：

PWM调制 接IGBT栅极 接IGBT源极 图7： 驱动电路原理图

如图7所示，IGBT降压斩波电路的驱动电路提供电气隔离环节。 光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。本电路中采用的隔离方法是，先加一级光耦隔离，再加一级推挽电路进行放大。采用推挽电路进行放大的原因是因为驱动IGBT的电压叫高，约为12V左右，而SG3525芯片提供的电压只有5V左右，直接连入无法驱动IGBT。并且推挽式电路简单实用，故用推挽式进行电压放大。

IGBT是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V的直流电压，只有μA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。但IGBT的栅极-发射极间存在着较大的寄生电容（几千至上万pF），在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数A的充放电电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使得它的驱动电路也必须输出一定的峰值电流。

7 保护电路原理与设计

在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压、过电流、du/dt保护和di/dt 保护也是必要的。

7.1 过电压保护电路：

过压保护要根据电路中过压产生的不同部位，加入不同的保护电路，当达到—定电压值时，自动开通保护电路，使过压通过保护电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。

本次设计的电路要求输出电压为50V—80V，所以当输出电压设定时，一旦出现过电压，为了保护电路和器件，应立 …… 此处隐藏：1415字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……