当前位置:芯耀科技 >> 解密技术 >> 浏览文章

SG3525电压调节芯片的PWM Buck三电平变换器设计

  三电平变换器非常适用于高输入电压中大功率的应用场合。由于三电平变换器的开关数目多,对其实施有效的控制比较复杂。传统上,采用比较器、运算放大器和RS触发器等分立元件实现PWM三电平变换器的控制。但是,由于实现上述控制所需的分立元件众多,两个锯齿波不可能做到完全匹配,同时两个开关管的驱动电路也不可能完全相同,因此,两个开关管的占空比必然存在一定的差异,隔直电容Cb在一个周期内所提供的能量不可能相等,造成了三电平波形不对称。
  本文采用电压调节芯片SG3525来实现PWM Buck三电平变换器的控制,可以大大减小由分立元件实现时所带来的三电平波形不对称的问题,实现方法简单有效。
  用两只开关管串联代替一只开关管以降低电压应力,并引入一只箝位二极管和箝位电压源(它被均分为两个相等的电压源)确保两只开关管电压应力均衡。电路中开关管的位置不同,其箝位电压源与箝位二极管的接法也不同。
  为了确保两只开关管的电压应力相等,三电平变换器一般由上述两种开关单元共同组成。
  电压调节芯片SG3525是一种性能优良,功能全面及通用性强的集成PWM电压控制芯片。它具有振荡器外同步,内置基准电压源,死区调节,PWM锁存器以及输出级的最佳设计等特点。
  SG3525为16脚芯片,其中,脚16为SG3525的基准电压源输出,精度可以达到(5.1±1%)V,采用了温度补偿,而且设有过流保护电路。脚5,脚6,脚7内有一个双门限比较器,内电容充放电电路,加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1及脚2分别为芯片内误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器,直流开环增益为70dB左右。根据系统的动态、静态特性要求,在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络。
  由于SG3525能输出两路占空比相等,且相位相差180°的驱动信号,所以适合于用来实现对非隔离型PWM三电平变换器的控制。
  有一点需要注意的是,SG3525只能输出占空比<50%的驱动信号,所以只能实现非隔离型三电平变换器的占空比<50%的工作情况。
  为提高电路的效率及功率器件工作的可靠性,一般需要将控制电路的输出信号加以功率放大。本文采用MC34152加隔离变压器驱动的方法来设计驱动电路。
  MC34152的外围电路简单,应用方便。它是8管脚的同相推挽驱动芯片。脚2与脚4为两路控制信号输入,经过芯片内部的推挽放大,直接输出同相的两路驱动信号(脚7及脚5)。为使芯片更加稳定地工作,一般在芯片的电源端并联一个滤去高频干扰的瓷片电容和一个滤去低频干扰的电解电容。
  当电路的功率较大及工作频率较高时,一般要将控制电路与主电路隔离。所以,本文采用隔离变压器来实现隔离。MC34152的输出经一隔直电容后直接可以输入到隔离变压器的原边。
  本文所设计的驱动电路简单可行,驱动波形比较理想:有快速的上升沿,并有一定的过冲,以加速开通,减小了开通损耗;同时,有反偏截止电压,提供了足够的反相门极驱动,减小了下降时间。
  为验证基于SG3525的PWM Buck三电平变换器的控制可行性,选择合适的器件参数对电路进行了实验验证。输入电压为DC90~180V,输出电压为DC48V,额定输出电流为4A,开关频率为50kHz。
  SG3525的两路输出vgs1及vgs2的最大占空比约为48.5%。死区时间可以根据电路需要任意调节。在PWM Buck三电平变换器中,开关频率为50kHz,从图中可以看出驱动信号的频率即为所需。要实现对驱动信号频率的调节也变得非常简单,只需要调节SG3525的振荡器频率即可。