您现在的位置是:首页 > DC/DC > 技术解析

基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真

时间:2017-12-22 来源:

1、引言

本文引用地址: http://power.21ic.com//dc/technical/201712/59048.html

在直流升压电路的设计中,Boost升压电路结构简单,可将不可控的直流输入变为可控的直流输出,广泛应用于可调整直流开关电源和直流电机驱动。Boost电路只有一个开关管,克服了传统串联型稳压电源能耗大、体积大的缺点,具有体积小、结构简单、变换效率高,不存在桥式电路共态导通等优点。

本文采用Boost斩波电路为直流升压电路的主电路,并以SG3525为控制核心设计了控制电路,其中包括完善的保护电路,以期当输入电压为DC78~117V时,输出可基本稳定在DC650V。仿真实验证明,本文的设计方法正确,电路简单实用,能较好的达到预定目的。

2、设计方案

系统设计框图如图1所示,额定输入为96V,目的是升压至DC540V后输出。

 

基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真

 

图1 系统设计框图

输出电压经采样及信号调理以后,送至SG3525的1脚,1脚为误差放大器反向输入端,将反馈信号接到该引脚形成闭环控制。将SG3525产生的PWM波经由隔离驱动电路后驱动Boost斩波电路中的开关器件IGBT,将直流输入电压升压至设定值输出。

3、硬件设计

3.1、主电路的设计

本系统主电路设计如图2所示。

 

基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真

 

图2 升压主电路

3.1.1、缓冲电路的设计

缓冲电路由电容C1、电阻RL、开关K1、K2组成,目的是为了给升压电路及后级的逆变电路提供相对恒定的直流电压,防止冲击电压和冲击电流对功率器件造成损坏。K1闭合,直流电源接通,起初输入侧滤波电容器上的电压为0V,接通瞬间产生的冲击电压和冲击电流可能对主功率电路造成损坏。因此,在电源输入和滤波器之间接入限流电阻RL,将滤波器的充电电流限制在一定范围内。当滤波电容器充电完毕后,K2闭合,将限流电阻RL短接。限流电阻RL的取值为20kΨ。在以上过程中,K3是打开的。

大电容C1也可起到滤波作用,滤去直流电压中的脉动成分。电阻R为系统停止工作后大电容C1提供放电回路,将K3闭合,即可为C1提供放电回路。电阻R取值为10kΨ。

3.1.2、电路参数计算及器件选型

(1)功率管

Boost电路输入平均电流为:

Ii=Po/E

输出功率为1kW,故输入电流最大值为:

Iimax=Po/Emin=1000/78=12.8(A)

功率管导通时最大峰值电流为:

IQP≈Iimax+Io=12.8+1000/540=14.7(A)

考虑额定电压、电流裕值和元器件成本,选择IGBT模块IRGKIN050M12作为Boost电路的功率管,其规格为100A/1200V。

(2)二极管

通过二极管的最大电流值

ID≈Iimax=12.8(A)

(3)升压电感的设计

根据储能电感取值的不同,电路可分为连续工作状态和不连续工作状态两种模式。

工作在连续、不连续临界情况下的临界电感为:

L=Uo·TS·αmin(1-αmin)(1-αmin)/(2Uo)(1)

式中,Uo为输出电压;TS为工作周期;Io为输出电流,αmin为最小占空比。

已知Boost电路输入直流电压E变化范围为78~117V,输出直流电压Uo=540V,可推得占空比变化范围为:

 

基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真

 

开关管工作频率为10kHz,则可得:

TS=1/fs=100μs(3)

输出电流范围为0.5~1.85A,由式(1)可得:

L≈1.99(mH)(4)

实际应用中Boost电路升压设计在连续模式工作区间,故升压电感应大于临界值,取L=3.5(mH)

(4)输出滤波电容的设计

电感电流连续模式下,考虑滤波电容器有内部寄生电阻,同时考虑二极管电流ID的纹波电流会全部流进电容器C,以保证负载上得到平直的直流电流。在指定纹波电压限制下,需要电容值C为:

 

基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真

 

由于在电感充电期间,电容独立为负载供电,故由式计算出的电容值偏小,应留有一定裕量,实际中选择C=47μF。

3.2、控制电路设计

3.2.1、PWM波的产生

PWM波产生电路如图3所示,该PWM波产生电路以SG3525芯片为主,外围搭配适当的电阻、电容等组成。

 

基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真

 

图3 PWM波产生电路

3.3.2、隔离驱动电路的设计

IGBT的驱动方法常用有:直接驱动法、隔离驱动法和集成模块驱动电路。

EXB841适用于开关频率为40kHz以下的开关操作,可以用来驱动400A,600V或300A,1200V以下的功率IGBT。它采用单电源工作,供电简单,内置高速光耦实现输入、输出的隔离,隔离电压可达AC2500V/min。同时,芯片内部设有过电流保护电路,且过电流保护后在封锁自身输出的同时,由专门的故障信号输出端发出故障信号。EXB841驱动IGBT的电路如图4所示。

 

基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真

 

图4 EXB841驱动IGBT的电路图

3.2.3、采样及信号调理电路的设计

对电压采样通常有两种方法:一是利用分压电阻进行采样;二是采用电压采样霍尔。综合考虑,本文采用分压电阻进行采样。由于进行采样的输入电压为540V,故须对采样值进行调理。电压采样及信号调理电路如图5所示。

Boost电路输出电压为Us为:

Us=0.007659Uo-2.949

 

基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真

 

图5 电压采样及信号调理电路

当输出电压上下波动达30V,即510V≤Uo≤570V时,可得到Us的范围为0.96V≤Us≤1.42V。

3.2.4、保护电路的设计

本系统中设计了较为完备的保护电路及保护程序,保护电路主要有以下几个部分:(1)输出过压保护电路;(2)输入过压、欠压保护电路;(3)IGBT短路保护电路;(4)温度保护电路。

4、仿真实验及分析

为了所设计的Boost电路自身特性及性能,用MATLAB/Simulink软件对Boost电路构建了仿真模型,如图6所示,进行了一系列仿真实验。

 

基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真

 

图6 Boost电路仿真模型

运行仿真模型,得到以下仿真波形,如图7所示。

 

基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真

 

图7 额定输入电压时的仿真波形

由Boost电路仿真结果可见,Boost电路对波动的输入电压有较好的调节功能;所设计的缓冲电路及器件参数的选择较为合理;所选择的功率器件能满足电路的要求。

5、结语

本文概述了基于SG3525的直流升压电源系统的设计方案。对主电路、PWM波产生电路、驱动电路和保护电路进行了详细的研究和设计。最后用MATLAB/Simulink软件,对电路进行了仿真实验,实验结果证明,本文的设计方法是正确的。

换一批

延伸阅读

[资讯] 如何从驱动IGBT入手——优化直流充电桩的功率转换

如何从驱动IGBT入手——优化直流充电桩的功率转换

在全球能源危机和环境危机严重的大背景下,在我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展的政策环境下, 电动汽车作为一种发展前景广阔的绿色交通工具,今后的普及速度非常迅......

关键字: Si828x SILICON LABS 直流充电桩 交流充电桩 隔离器 隔离耦合器

[资讯] 直流开关起火问题背后 质量是关键!

直流开关起火问题背后 质量是关键!

光伏行业发展至今,越来越多的电站投资者意识到“讲故事的时代已经过去,发电量才是最重要的”。然而近年来光伏电站频频爆发的质量问题,却威胁着电站的平稳运行,使得电站发电量大打折扣。据了解,除了光伏组件和逆变器等核心组成部分会对电站质量造成威胁外......

关键字:光伏直流开关 质量问题

[资讯] AMETEK直流电源的折返(Foldback)功能

AMETEK直流电源的折返(Foldback)功能

对于任何自动化测试系统来说,直流电源都是重要设备之一。在这类应用中,要求电源具有高稳定度,高效率,高精度,易于程控等特性。一般来说,自动化测试系统中的直流电源都......

关键字:直流电源 折返功能

[新鲜事] 谷歌上亿大奖空置11年无人领取!难道真的没人眼馋吗?

谷歌上亿大奖空置11年无人领取!难道真的没人眼馋吗?

Google在11年前为了激励民间航天业的发展,曾设立探月大奖赛,只要满足一定条件就可以领取高达3000万美元(约合人民币1.9亿)奖金,但是直到11年后大奖还是名花无主。......

关键字:谷歌 民间航天业

[真心话] 为什么说语文和英语是硬件工程师的天敌?

为什么说语文和英语是硬件工程师的天敌?

因为我文科学的不好,所以我才去学理工科的。语文课和英语课,是工程师的天敌。很多人以此为借口,找理由证明自己语言天赋太差,但反观学霸,文科成绩都也不错。古代科举制度下,对文学的极端重视,也反应了文字能力,是个人逻辑性和创造性的的重要展现。连自......

关键字:硬件工程师 语文 英语

[新鲜事] Linux之父怒喷谷歌安全工程师为哪般?

Linux之父怒喷谷歌安全工程师为哪般?

上周五,Linux 之父 Linus Torvalds 在内核邮件列表上用很犀利的言辞抨击了 Google Pixel 安全团队的开发者 Kees Cook,引起了大家广泛地讨论。......

关键字:Linux 谷歌 安全工程师

[疯狂史] 涉案金额3.2亿!全国最大刷单案落定,每天最高7000单均价6元

涉案金额3.2亿!全国最大刷单案落定,每天最高7000单均价6元

预售、秒杀、抢购……每逢电商大促,剁手党疯狂下单掀起网络狂欢的同时,网络诚信也在经受着严峻的考验。今天是电商618的决战日,各家电商平台的流量战打得也是如火如荼,交易量、商品评价、信用评价等指......

关键字:电商 网络刷单
发表评论 共有条评论
用户名: 验证码:

精确稳定 让平均电流法帮你实现模块电源并联

精确稳定 让平均电流法帮你实现模块电源并联

今天要为大家介绍的是平均电流法,这种方法能够精确稳定的帮助工程师实现电源模块的并……

九款最简单的电子镇流器电路图原理图分析

九款最简单的电子镇流器电路图原理图分析

从工作原理而言,电子镇流器是一个电源变换电路,它将交流输入市电电源的波形、频率和……

干货|交流接触器常用接线电路图和实物图

干货|交流接触器常用接线电路图和实物图

今天分享一些电气知识中的交流接触器常用接线电路图和实物图,从简单到复杂。

……

项目外包