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

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

[趣科技] 3D打印“智能瓶盖”:判断牛奶新不新鲜

3D打印“智能瓶盖”:判断牛奶新不新鲜

3D打印在短短的时间里便取得了不少令人惊讶的成就:3D打印的桥、3D打印的建筑物、甚至3D打印的脑支架。然而这回,3D打印技术达成了一个新成就,且其潜在的应用价值非常广。研究人员首次得以证明:3D打印能够生产出功能正常的电子元件,包括电阻器......

关键字:电子元件 电容器 建筑物 电阻器 传感器

[新鲜事] 工程师在面对小密铅酸蓄电池池壳检测中的直流高压时该如何应对

工程师在面对小密铅酸蓄电池池壳检测中的直流高压时该如何应对

  1﹑引言  随着铅酸蓄电池质量的不断提高,其应用范围越来越广泛。要生产一只合格的铅酸蓄电池,必须经过多道生产工艺,而且每道生产工艺都有严格的工艺要求。目前大部分蓄电池壳生产厂家在蓄电池池壳注塑后仅凭......

关键字:工程师 池壳检测 铅酸蓄电池 直流高压

[趣科技] 超薄柔软!这款体温计可以贴在皮肤上测量

超薄柔软!这款体温计可以贴在皮肤上测量

近日,由东京大学等组成的研究小组,成功研发出一款超薄柔软的塑料制体温计。这种体温计厚度仅0.015mm,比发丝直径还要薄,而且可以弯曲,使用时直接贴在皮肤上,便可测量各个身体部位的体温。据悉,这种体温计印有特......

关键字:体温计 电阻

[新鲜事] 中国国家电网公司动工建造一条有望破世界纪录的高压直流输电线路

中国国家电网公司动工建造一条有望破世界纪录的高压直流输电线路

中国国家电网公司在昨天宣布,他们已经在新疆维吾尔自治区的哈密南部动工,将会建造一条长2,210公里的800千伏特高压直流输电线路,它将会贯穿甘肃、宁夏、陕西、山西、河南等地直达郑州。工程预计会在2014年完工,将......

关键字:国家电网 高压直流 输电线路

[新鲜事] 基于一种新型半导体材料的电阻式存储器

基于一种新型半导体材料的电阻式存储器

电阻式存储器基于一种新型半导体材料,此种半导体材料能够以阻止或允许通过电子流的方式,形成状态值“0”和“1”。......

关键字:电阻式存储器 新型半导体

[新鲜事] 您真的吃透了电阻的用法吗?

您真的吃透了电阻的用法吗?

电阻作为一种最基本电子元器件,广泛运用在各种电路中,通常我们也认为电阻是用法最简单的一种电子元器件,除了功率外,没有过多的讲究。如果今天我说就这个小小的电阻,许多资深电子工程师都不一定真正懂得如何用,......

关键字:电阻

[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

[真心话] 明明数千行代码能搞定的为什么要写数万行?

明明数千行代码能搞定的为什么要写数万行?

本文是小编在FB看到的,觉得挺有意思的,应该是很多公司或者软件工程师都会遇到的,特地转过来分享给大家。......

关键字:代码 工程师
发表评论 共有条评论
用户名: 验证码:

点焊机控制板电路图科普文

点焊机控制板电路图科普文

点焊机控制板电路图科普文……

汽车发电机充电电路图大全

汽车发电机充电电路图大全

汽车发电机是汽车的主要电源,其功用是在发动机正常运转时(怠速以上),向所有用电设备……

简易大功率电子变压器制作_四款电子变压器电路图

简易大功率电子变压器制作_四款电子变压器电路图

介绍的电子变压器克服了传统硅钢片变压器体积、重量大、效率低、价格高的缺点,电路成……

项目外包