張瑞顯 江蘇省高淳中等專業(yè)學(xué)校

PWM型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

張瑞顯 江蘇省高淳中等專業(yè)學(xué)校

本設(shè)計(jì)采用了降壓型DC-DC變換器作為主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為提高DC-DC變換器輸入電壓，整流部分選擇了三倍壓整流電路。采用了SG3525A作為DC-DC變換器控制單元。選用GT40T101型IGBT作為開關(guān)元件。采用AT89S51單片機(jī)作為控制核心，使各部分協(xié)調(diào)工作。經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定了主回路的工作參數(shù)，估算了變換器效率，并提出了進(jìn)一步提高效率的改進(jìn)方案。通過實(shí)際測量，開關(guān)電源達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

三倍壓整流;降壓變換器;SG3525A;GBT; M57962L

1.整流濾波電路

本設(shè)計(jì)為提高主回路的輸入電壓UIN，整流濾波電路部分采用了三倍壓整流電路，如圖1所示。

圖1 三倍壓整流電路

2.DC-DC變換器控制電路設(shè)計(jì)

變換器控制部分采用了開關(guān)電源集成控制器SG3525A，該芯片具有輸出頻率范圍寬，工作電壓范圍廣，基準(zhǔn)電源精度高，死區(qū)時(shí)間可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。SG3525A具有兩個(gè)交替工作的輸出端，本設(shè)計(jì)中只需控制一個(gè)開關(guān)元件，所以采用了兩輸出端經(jīng)過4071同時(shí)驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件的方法，如圖2所示。

3.提高效率的方法及實(shí)現(xiàn)方案

1)選擇結(jié)構(gòu)簡單，主回路中元件少的降壓型DC-DC變換器作為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2)選用飽和導(dǎo)通壓降小、開關(guān)速度快的IGBT作為開關(guān)元件。

3)采用工作性能穩(wěn)定，開關(guān)速度較高的M57962L驅(qū)動(dòng)IGBT。如圖3所示：

4)合理布置主回路連線。

4.電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算

1）主控電路設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)作為控制核心，整體框圖見圖4:

2）保護(hù)電路設(shè)計(jì)

IGBT的關(guān)斷瞬間是最易發(fā)生損壞的過程，本設(shè)計(jì)中采取通過在IGBT的C、E兩端添加RC緩沖器，減少關(guān)斷瞬間的集電極電流。

5. 測試方法與測試數(shù)據(jù)

a)測試儀器

測試儀器主要包括：MT800型高精度數(shù)字萬用表；TDS3012B型數(shù)字示波器；1KVA單相調(diào)壓器；30Ω/200W滑動(dòng)變阻器。

b)測試方法

1)將MT800型數(shù)字萬用表選擇直流電壓檔，與輸出端并聯(lián)，測量輸出電壓。

2)將數(shù)字萬用表選擇直流電流檔，串聯(lián)在輸出回路中，測量輸出電流。

圖2 DC-DC變換器控制電路

圖3 IGBT驅(qū)動(dòng)電路

圖4 整體框圖

c)測試數(shù)據(jù)

基本及發(fā)揮部分?jǐn)?shù)據(jù)測試：

1)輸出電壓Uo可調(diào)范圍：30V～60V；

2)最大輸出電流Iomax:2A；

3)Io從0變到2A時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI≤0.33%(U2=18V)；

4)DC-DC變換器的效率≥75%

5)具有過電流保護(hù)功能，動(dòng)作電流Io(th)=2.5A；

6)能對(duì)輸出電壓進(jìn)行鍵盤設(shè)定和初步調(diào)整，步進(jìn)值1V；同時(shí)具有輸出電壓，電流的測量和數(shù)字顯示功能。

6.結(jié)束語

本設(shè)計(jì)經(jīng)過參數(shù)測試，發(fā)現(xiàn)該穩(wěn)壓電源的DC-DC變換器效率不高。經(jīng)測試原因是IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)集電極電流較大，損耗了較大功率。為降低IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)的損耗，最后采用零電流諧振或零電壓諧振，以改善IGBT工作狀態(tài)，降低損耗，提高DC-DC變換器效率。

[1]安德列亞斯，福爾克麥克爾，郝康普 《IGBT模塊∶技術(shù)、驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社2016.06。

[2]吳紅奎 《IGBT基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)務(wù)》 科學(xué)出版社 2010.11。

[3]李宏 《MOSFET、IGBT驅(qū)動(dòng)集成電路及應(yīng)用》 科學(xué)出版社 2013.01。