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      基于SG3525電壓調(diào)節(jié)芯片的PWMBuck三電平變換器

      時(shí)間:2024-10-02 00:48:04 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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      基于SG3525電壓調(diào)節(jié)芯片的PWMBuck三電平變換器

      摘要:闡述了用SG3525電壓調(diào)節(jié)芯片實(shí)現(xiàn)PWMBuck三電平變換器的交錯(cuò)控制。相對(duì)于采用分立元件實(shí)現(xiàn)PWMBuck三電平變換器的交錯(cuò)控制而言,該控制方法電路簡單,易于實(shí)現(xiàn),可以較好地解決三電平波形的不對(duì)稱問題。詳細(xì)介紹了SG3525電壓調(diào)節(jié)芯片,并給出了基于SG3525電壓調(diào)節(jié)芯片的PWMBuck三電平變換器的具體設(shè)計(jì)方法。最后對(duì)輸入電壓為120V(90~180V),輸出為48V/4A,開關(guān)頻率50kHz的PWMBuck三電平變換器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

      引言

      三電平變換器有下列優(yōu)點(diǎn):

      ——開關(guān)管的電壓應(yīng)力為輸入電壓的一半;

      ——可以大大減小儲(chǔ)能元件的大小;

      ——續(xù)流二極管的電壓應(yīng)力為輸入電壓的一半。

      因此,三電平變換器非常適用于高輸入電壓中大功率的應(yīng)用場合。文獻(xiàn)[1]詳細(xì)分析了隔離與非隔離的三電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

      由于三電平變換器的開關(guān)數(shù)目多,對(duì)其實(shí)施有效的控制比較復(fù)雜。傳統(tǒng)上,采用比較器、運(yùn)算放大器和RS觸發(fā)器等分立元件實(shí)現(xiàn)PWM三電平變換器的控制。但是,由于實(shí)現(xiàn)上述控制所需的分立元件眾多,兩個(gè)鋸齒波不可能做到完全匹配,同時(shí)兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路也不可能完全相同,因此,兩個(gè)開關(guān)管的占空比必然存在一定的差異,隔直電容Cb在一個(gè)周期內(nèi)所提供的能量不可能相等,造成了三電平波形不對(duì)稱。

      本文采用電壓調(diào)節(jié)芯片SG3525來實(shí)現(xiàn)PWMBuck三電平變換器的控制,可以大大減小由分立元件實(shí)現(xiàn)時(shí)所帶來的三電平波形不對(duì)稱的問題,實(shí)現(xiàn)方法簡單有效。

      1 Buck三電平變換器

      1.1 三電平兩種開關(guān)單元

      文獻(xiàn)[2]分析了三電平DC/DC變換器的推導(dǎo)過程:用兩只開關(guān)管串聯(lián)代替一只開關(guān)管以降低電壓應(yīng)力,并引入一只箝位二極管和箝位電壓源(它被均分為兩個(gè)相等的電壓源)確保兩只開關(guān)管電壓應(yīng)力均衡。電路中開關(guān)管的位置不同,其箝位電壓源與箝位二極管的接法也不同。文中提取出兩個(gè)三電平開關(guān)單元如下圖1所示。圖1(a)中,箝位二極管的陽極與箝位電壓源的中點(diǎn)相連,稱之為陽極單元;圖1(b)中,箝位二極管的陰極與箝位電壓源的中點(diǎn)相連,稱之為陰極單元。

      1.2 Buck三電平變換器

      為了確保兩只開關(guān)管的電壓應(yīng)力相等,三電平變換器一般由上述兩種開關(guān)單元共同組成。文獻(xiàn)[2]所分析的半橋式三電平變換器的推導(dǎo)思路,可以推廣到所有的直流變換器中,由此提出了一族三電平變換器拓?fù)洹D2為Buck三電平變換器主電路拓?fù)浼捌?個(gè)工作模態(tài)。

      模態(tài)1如圖2(a)所示。在t=0時(shí)刻,觸發(fā)開關(guān)管S2,使S2導(dǎo)通,二極管D2則反偏截止,電壓源Vin通過隔直電容Cb給電感L充電。

      模態(tài)2如圖2(b)所示。在t=t1時(shí)刻,關(guān)斷S2,則D2導(dǎo)通,電路由D1及D2續(xù)流,電感L放電。

      模態(tài)3如圖2(c)所示。直至t=t2時(shí)刻,控制電路使S1導(dǎo)通,二極管D1則反偏截止,隔直電容Cb向電感L放電。

      模態(tài)4如圖2(d)所示。當(dāng)t=t3時(shí)刻,關(guān)斷S1,則D1導(dǎo)通,電路由D1及D2續(xù)流,電感L放電,與模態(tài)2的工作過程類似。

      圖3

      2 基于SG3525的PWMBuck三電平變換器

      2.1 電壓調(diào)節(jié)芯片SG3525

      電壓調(diào)節(jié)芯片SG3525是一種性能優(yōu)良,功能全面及通用性強(qiáng)的集成PWM電壓控制芯片。它具有振蕩器外同步,內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源,死區(qū)調(diào)節(jié),PWM鎖存器以及輸出級(jí)的最佳設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。

      SG3525為16腳芯片,具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和封裝如圖3所示。其中,腳16為SG3525的基準(zhǔn)電壓源輸出,精度可以達(dá)到(5.1±1%)V,采用了溫度補(bǔ)償,而且設(shè)有過流保護(hù)電路。腳5,腳6,腳7內(nèi)有一個(gè)雙門限比較器,內(nèi)電容充放電電路,加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成SG3525的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳3)。腳1及腳2分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個(gè)兩級(jí)差分放大器,直流開環(huán)增益為70dB左右。根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性要求,在誤差放大器的輸出腳9和腳1之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

      由于SG3525能輸出兩路占空比相等,且相位相差180°的驅(qū)動(dòng)信號(hào),所以適合于用來實(shí)現(xiàn)對(duì)非隔離型PWM三電平變換器的控制。

      有一點(diǎn)需要注意的是,SG3525只能輸出占空比

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