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电力电子-降压斩波电路设计

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4.2 工作原理

由于3525的振荡频率可表示为 :

f?1 4.1

Ct(0.7Rt?3Rd)式中:Ct, Rt分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻;Rd是与脚7相连的放电端电阻值。根据任务要求需要频率为40,所以由上式可取Ct=0.01μF, Rt= 1k?Rd600?。可得40,满足要求。

图4.2 控制电路

3525有过流保护的功能,可以通过改变10脚电压的高低来控制脉冲波的输出。因此可以将驱动电路输出的过流保护电流信号经一电阻作用,转换成电压信号来进行过流保护,同理也可以用10端进行过压保护,如图4.2所示10端外接过压过流保护电路。当驱动电路检测到过流时发出电流信号,由于电阻的作用将10脚的电位抬高,从而11、14脚输出低电平,而当其没有过流时,10脚一直处于低电平,从而正常的输出波。

3525还有稳压作用。1端接芯片内置电源,2端接负载输出电压,通过1端的变位器得到它的一个基准电位,从而当负载电位发生变化时能够通过1、2所接的误差放大器来控制输出脉宽的占空比,若负载电位升高则输出脉宽占空比减小,使得输出电压减小从而稳定了输出电压,反之则然。调节变位器使得1端得到不同的基准电位,控制输出脉宽的占空比,从而可使得输出电压为50-80V范围。

4.3 控制芯片介绍

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本控制电路是以3525 为核心构成3525 为美国 公司生产的专用,它集成了 控制电路,其内部电路结构及各引脚功能如图4.3所示,它采用恒频脉宽调制控制方案,内部包含有精密基准源,锯齿波振荡器,误差放大器,比较器,分频器和保护电路等.调节 的大小,在11,14两端可输出两个幅度相等,频率相等,相位相差, 占空比可调的矩形波(即信号).然后,将脉冲信号送往芯片402,对微信号进行升压处理,再把经过处理的电平信号送往,对其触发,以满足主电路的要求。

图4.3 3525A 芯片的内部结构

(1)基准电压调整器

基准电压调整器是输出为5.1V,50,有短路电流保护的电压调整器。它供电给所有内部电路,同时又可作为外部基准参考电压。若输入电压低于6V时,可把15、16脚短接,这时5V电压调整器不起作用。

(2)振荡器

3525A的振荡器,除、端外,增加了放电7、同步端3。阻值决定了内部恒流值对充电,的放电则由5、7端之间外接的电阻值决定。把充电和放电回路分开,有利于通过来调节

1死区的时间,因此是重大改进。这时3525A的振荡频率可表为: fS?CT(0.7RT?3RD) (3.1)

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在3525A中增加了同步端3专为外同步用,为多个3525A的联用提供了方便。同步脉冲的频率应比振荡频率要低一些。

(3)误差放大器

误差放大器是差动输入的放大器。它的增益标称值为80,其大小由反馈或输出负载决定,输出负载可以是纯电阻,也可以是电阻性元件和电容的元件组合。该放大器共模输入电压范围在1.8~3.4V,需要将基准电压分压送至误差放大器1脚(正电压输出)或2脚(负电阻输出)。

3524的误差放大器、电流控制器和关闭控制三个信号共用一个反相输入端,3525A改为增加一个反相输入端,误差放大器与关闭电路各自送至比较器的反相端。这样避免了彼此相互影响。有利于误差放大器和补偿网络工作精度的提高。

(4)闭锁控制端10

利用外部电路控制10脚电位,当10脚有高电平时,可关闭误差放大器的输出,因此,可作为软起动和过电压保护等。

(5)有软起动电路

2.58V可外接软起动电容。该电容由内部的50μA比较器的反相端即软起动控制端8t,端??C850?A恒流源充电。达到2.5V所经的时间为。点空比由小到大(50%)变化。

(6)增加锁存器使关闭作用更可靠

比较器(脉冲宽度调制)输出送到锁存器。锁存器由关闭电路置位,由振荡器输出时间脉冲复位。这样,当关闭电路动作,即使过流信号立即消失,锁存器也可维持一个周期的关闭控制,直到下一周期时钟信号使倘存器复位为止。

另外,由于锁存器对比较器来的置位信号锁存,将误差放大器上的噪音、振铃及系统所有的跳动和振荡信号消除了。只有在下一个时钟周期才能重新置位,有利于可靠性提高。

(7)增设欠压锁定电路

电路主要作用是当块输入电压小于8V时,集成块内部电路锁定,停止工作(其准源及必要电路除外),使之消耗电流降到很小(约2)。

(8)输出级

由两个中功率管构成,每管有抗饱和电路和过流保护电路,每组可输出100。组间是相互隔离的。电路结构改为确保其输出电平或者是高电平或者是低电平的一个电平状态中。为了能适应驱动快速的场效应功率管的需要,末级采用推拉式电路,使关断速度更快。

11端(或14端)的拉电流和灌电流,达100。在状态转换中,由于存在开闭滞后,使流出和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲,其持续时间约100。使用时接一个0.1μf电容可以滤去尖峰。

另一个不足处是吸电流时,如负载电流达到50以上时,管饱和压降较高(约1V)。

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5. 驱动电路设计

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5.1 驱动电路方案选择

是电力电子器件,控制电路产生的控制信号一般难以以直接驱动。因此需要信号放大的电路。另外直流斩波电路会产生很大的电磁干扰,会影响控制电路的正常工作,甚至导致电力电子器件的损坏。因而还设计中还学要有带电气隔离的部分。

该驱动部分是连接控制部分和主电路的桥梁,驱动电路的稳定与可靠性直接影响着整个系统变流的成败。具体来讲的驱动要求有一下几点:

1)动态驱动能力强,能为栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。否则会在开通及关延时,同时要保证当损坏时驱动电路中的其他元件不会被损坏。

2)能向 提供适当的正向和反向栅压,一般取+15 V左右的正向栅压比较恰当,取-5V反向栅压能让可靠截止。

3)具有栅压限幅电路,保护栅极不被击穿。栅极极限电压一般为土20 V,驱动信号超出此范围可能破坏栅极。

4)当 处于负载短路或过流状态时,能在允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流,实现的软关断。驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。

针对以上几个要求,对驱动电路进行以下设计。针对驱动电路的隔离方式,有以下2种驱动电路,下面对其进行比较选择。

方案1:采用光电耦合式驱动电路,该电路双侧都有源。其提供的脉冲宽度不受限制,较易检测的电压和电流的状态,对外送出过流信号。另外它使用比较方便,稳定性比较好。但是它需要较多的工作电源,其对脉冲信号有1的时间滞后,不适应于某些要求比较高的场合。

方案2:采用变压器耦合驱动器,其输入输出耐压高,电路结构简单,延迟小。但是它不能实现自动过流保护,不能实现任意脉宽输出,而且其对变压器的绕制要求严格。

通过以上比较,结合本系统中,对电压要求不高,而且只有一个全控器件需要控制,使用光耦电路,使用方便,所以选择方案1。

对于方案1可以用841驱动芯片来实现也可以直接用光耦电路进行主电路与控制电路隔离,再把驱动信号加一级推挽电路进行放大使得驱动信号足以驱动管。由于我所设计的过流保护电路是利用控制芯片10端来设计的,且直接用光耦电路比较简单,所以我没有用驱动芯片而是直接用光耦电路。

5.2工作原理

如图5.2所示,降压斩波电路的驱动电路提供电气隔离环节。一般电气隔离采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器,光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成,封装在一个外壳内。本电路中采用的隔离方法是,先加一级光耦隔离,再加一级推挽电路进行

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