基于脉宽调制器SG3525的一种新型车载电源设计

1、第30卷第2期2007年4月电子器件ChineseJournalOfElectronDevicesVol.30No.2Apr.2007DesignforaNewTypeofAutomotivePowerSupplyBasedonSG3525LIGuo2bin(VocationalCollegeofLiaoningTechnicalUniversity,FuxinLiaoning123000,China)Abstract:Itintroducesamethodofhowtodesignanewtypeoftheautomotivepowersupplybasedonthepulsewidthmo

2、dulatorSG3525.Theframeworkoftheelectricalcircuitoftheautomotivepowersupplyispresentedandthemostofitsfunctionsareanalyzed.ThepulsewidthmodulatorSG3525hasbeenusedinvariousareasforitsfunctionssuchaslockingforthelackofpressure,closingsystemfault,softstarting,delayingPWMdriveandsoon.Thedeviceintroducedca

3、ntransform12VDCinto220V/50HzACbymakinguseofsinepulsewidthmodulatingsignalsproducedbytheSG3525.Keywords:automotivepowersupply;pulsewidthmodulator;inverterEEACC:8110;8520李国彬(辽宁工程技术大学职业技术学院,辽宁阜新123000)摘要:介绍了一种新型的基于脉宽调制器SG3525芯片的车载电源的设计.给出了车载电源设计的系统结构图,并分析了其中主要部分的功能.脉宽调制器SG3525具有欠压锁定、系统故障关闭、软起动、延时PWM驱动等

4、功能,因而得到广泛应用.该电源利用脉宽调制器芯片SG3525产生正弦脉宽调制信号,实现了由直流12V到交流220V/50Hz的转换.关键词:车载电源;脉宽调制器;逆变器中图分类号:TN609文献标识码:B文章编号:100529490(2007)0220484203电子技术在汽车工业中占有非常重要的地位.它可满足现代化车辆在燃油经济性、安全性、舒适性和动态驾驶等方面的要求.而汽车用的直流电压一般为12V,这已远远不能满足人们使用诸如便携式电脑等现代化电子设备的要求.因此,能把直流12V电压转换成交流220V/50Hz的车载电源的研制日益引起人们的重视.而传统的车载电源一般采用逆变器加工频变压器的

5、方案,其缺点是体积大、效率低.随着新型电力电子器件和电力电子技术的发展,采用高频链的方案来实现无工频变压器的逆变电路,可以很好地解决传统车载电源存在的问题,该电源利用脉宽调制器芯片SG3525产生正弦脉宽调制信号,实现了由直流12V到交流220V/50Hz的转换,同时能保证车载电源的输出电压更稳定、更平滑.1脉宽调制器SG3525介绍1.1SG3525结构框图要想利用脉宽调制器SG3525实现SPWM控制信号的输出,必须首先了解该芯片.SG3525是定频PWM电路1,采用16引脚标准DIP封装.其各引脚功能如图1(a)所示,内部框图如图1(b)所示.(a)SG3525的引脚收稿日期:20062

6、04207作者简介:李国彬(19642),副教授,工程硕士,主要研究方向为计算机技术教学与研究,jsj_liguobin.© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第2期李国彬:基于脉宽调制器SG3525的一种新型车载电源设计485芯片产生,再经过全桥DC/AC逆变电路,得到220V/50Hz交流电压输出3.对于整个系统而言,逆变电路能否正常工作决定了整个系统能否正常运行.所以设计的重点放在逆变器的控制和检测上.为保证系统可靠运行,防止主电路对控制电路的干扰

7、,采用主、控电路完全隔离的方法,即反馈信号和辅助电源用变压器隔离,驱动信号用光耦隔离等.(b)内部框图图1SG35251.2SG3525直流电源Vs,或非门;,产生稳定的+5V基准电压.+5V再送到内部(或外部)电路的其它元器件作为电源.振荡器脚5须外接电容CT,脚6须外接电阻RT.振荡器频率f由外接电阻RT和电容CT决定,f=1.18/RTCT.逆变桥开关频率定为10kHz,取CT=0.22F,RT=5k.振荡器的输出分为两路,一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门;另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端,比较器的反向输入端接误差放大器的输出.误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中

8、进行比较,输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲,再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端.或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波.双稳态触发器的两个输出互补,交替输出高低电平,将PWM脉冲送至三极管V1及V2的基极,锯齿波的作用是加入死区时间,保证V1及V2不同时导通.最后,V1及V2分别输出相位相差180°的PWM波2.图2车载电源结构示意图2.2正弦脉宽调制信号SPWM的产生如果想要得到正弦电压的输出,就要使逆变电路的控制信号以SPWM方式控制功率管的开关,得到的脉冲方波输出再经过滤波就可以得到正弦输出电压4.本系统方案通过SG3525来实现输出正弦电压

9、,首先要得到SPWM的调制信号.要想得到SPWM调制信号,必须要有一个幅值在13.5V且按正弦规律变化的馒头波,将它加到SG3525脚2,并与锯齿波进行比较,来得到正弦脉宽调制波,实现SPWM的控制电路框图如图3(a)所示,实际电路各点的波形如图3(b)所示.由图3可知,基准50Hz的方波由555芯片生成,用来控制输出电压有效值和基准值比较所产生的误差信号,使其转换成50Hz的方波,再经过低频滤波,以得到正弦的控制信号.当电源输出电压发生变化时,会改变正弦信号的幅值,使得SG3525输出脉宽也跟着发生相应的变化,于是就构成了一个闭合的反馈回路,能有效地来稳定输出的波形5,以达到输出波形的要求.

10、2车载电源电路结构设计与功能分析2.1电源电路结构了解了脉宽调制器SG3525功能之后,我们可以设计如图2所示的车载电源结构示意图.12V直流电压经过高频逆变和高频整流,得到一个符合要求的350V直流电压,该部分的控制信号由TL494(a)SPWM控制电路框图© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 486电子器件第30卷致使D2导通,功率管的栅极电压上升,功率管导通;(2)光电耦合器原边没有控制电路的驱动脉冲电流流过时,光电耦合器截止,Q1的基极电位拉低,

11、而此时功率管栅极上的电压仍为高,致使Q1导通,功率管的栅极电荷通过Q1及电阻R3迅速释放,功率管迅速截止关断.(3)此外还要注意对功率管的保护,在功率管源极和漏极之间加一个缓冲电路以避免过高的正、反向电压损坏功率管.(b)图3图5驱动电路示意图2.33实验与结论结合电路设计分析,可对实验样机进行实验测试,其额定输出功率为500W,滤波器参数取L=3mH,C=2.2F,样机在带负载情况下运行时,输出电压波形如图6所示,输出电压比较稳定,其幅值基本不受负载变化影响.在过电流保护电路设计中,采用电流互感器作为电流检测元件,利用其具有足够快的响应速度,能够在IGBT允许的过流时间内将其关断特点,起到保

12、护作用6.参见车载电源结构示意图2,过流保护信号取自CT2,经分压、滤波后加至电压比较器的同相输入端,如图4所示.当同相输入端过电流检测信号比反相输入端参考电平高时,比较器输出高电平,使D2从原来的反向偏置状态转变为正向导通,并把同相端电位提升为高电平,使电压比较器一直稳定输出高电平.同时,该过电流信号还送到SG3525的脚10.当SG3525的脚10为高电平时,其脚11及脚14上输出图6逆变器的输出波形的脉宽调制脉冲就会立即消失而变成零.1徐奕然.脉宽控制电路SG3525原理与应用J.电视技术,2003(9):95297.2LaiRS,NgoKDI.APWMMethodforReductio

13、nofSwitc2hingLossinaFull2BridgeInverterJ.IEEETransonPE,1995,10(3):3262332.3王云亮,周渊深,舒志兵.电力电子技术M.北京:电子工业7参考文献:出版社,2004.图4过电流保护电路示意图4张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计(修订版)M.北京:2.4驱动电路的设计电子工业出版社,2004.5李成章王淑芳.新型UPS不间断电源原理与维修技术M.在设计驱动电路时既要考虑在功率管需要导通时,能迅速地建立起驱动电压,又要考虑在需要关断时,能迅速地释放功率管栅极电容上的电荷,拉低驱动电压8.具体驱动电路如图5所示.其工作原理是:(1)光电耦合器原边有控制电路的驱动脉冲电流流过时,光电耦合器导通,Q1的基极电位迅速上升,北京:电子工业出版社,1995.6沙占友等.新型单片开关电