高频开关稳压电源的设计(3)

图3.4 SG3525内部结构图

3.3.2控制电路的设计

控制电路是开关电源的核心部分，控制环节的好坏直接影响电路的整体性能，在这个电路中采用的是以SG3525芯片为核心的控制电路。如图3.5所示,采用恒频脉宽调制控制方式。误差放大器的输入信号是电压反馈信号,是由输出电压经分压电路获取,与普通误差放大器的接法不同的是该电压反馈接成射极跟随器形式，反馈信号比较精确，因而可以精确地控制占空比调节输出电压，提高了稳压精度。SG3525芯片振荡频率的设定范围为100～500kHz,芯片的脚5和脚7间串联一个电阻Rd 就可以在较大范围内调节死区时间。SG3525的振荡频率可表示为[2]：f s =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。此处CT、RT、Rd

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分别为图中的C53、R47、R48，取值分别为2200p、10k、100，即频率为62khz。 管脚8接一个电容的作用是用来软启动，减少功率开关管的开机冲击。11和14脚输出采用图腾柱输出,本电路采用外加驱动隔离电路，增强了驱动能力和电源的可靠性。保护电路是开关电源中必不可少的补充，在这个电路中采用了输入过流保护、输出过流保护、过热保护等。输入过流保护是通过在原边主电路中串入小磁环，小磁环感应电压输出经过 整流桥将电流信号转为电压信号（plp）经一个三极管接至软启动8脚，当原边电流大于设定值即plp高于0.7v时则将8脚电压拉低， 关断3525的PWM的输出从而保护电路。

图3.5 控制电路

3.4 驱动电路设计

MOSFET 为电压控制型器件，驱动功率小，所以驱动电路也比较简单。驱动电路要求能够提供足够的栅极电压和栅极电容充电电流，并能泻放栅极电荷。驱动部分是连接控制部分和主电路的桥梁，能够提供适当的正向和反向输出电压，使IGBT 可靠的开通和关断，提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使IGBT 能迅速建立栅控电场而导通，并且尽可能小的输入输出延迟时间，以提高工作效率。当MOSFET 容量较大时，采用图3.6所示的驱动电路。该驱动电路结构简单，具有负压关断能力，且驱动功率大。

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R3、R5为串联的栅极电阻，可以衰减由MOSFET输入电容和在栅-源电路中的任何串联引线电感所产生的高频寄生振荡，栅极-源极GS间并联一支5.1K-20K的电阻，可以提高MOSFET的耐压，dv/dt耐量和抗干扰能力。为了防止在栅极施加过电压，不论测试器件还是在电路中或者其他任何时刻，都要保证加在栅源之间的电压Vgs不超过额定最大值,所以在GS间并两只反串的稳压二极管1N4746，将Vgs 钳位至+-18V。

图3.6 驱动电路

3.5 辅助电源电路设计

辅助电源采用LM317构成，LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。

稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo=1.25（1+R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。

首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V—37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo=1.25V—45V），所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。

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其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时，没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。

因此，在本次设计中，SG3525和EXB841均需要可工作在20V电压环境下，所以设置Uo 为20V，取电阻R1=200Ω，电容C1、C2可分别去典型值0.1uF和1uF，由上式可得R=(Vo/1.25?1)R1 =(20/1.25?1)×200 = 3KΩ。

在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。LM317构成的辅助电源如图3.7所示

图3.7 LM317 辅助电源电路图

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3.6过流检测及保护电路设计

3.6.1电力电子器件的缓冲电路

用于电能变换的电力半导体器件绝大多数工作在开关工作模式，开关损耗是影响其正常运行的重要因素。在硬开关工作方式下，增加缓冲电路是正确使用器件的有效措施，其主要作用是：抑制开关器件的du/dt、di/dt，改变开关轨迹，减少开关损耗，使之工作在安全工作区内。

由于缓冲电路对自关断器件的安全运行起着至关重要的作用，因此人们研究了多种缓冲电路。开关器件在开通时，缓冲电路电感中储存有磁能，而开关器件关断时，关断缓冲电路中电容储存有电能，这些能量都以热的形式消耗在缓冲电路的电阻上。

在普通晶闸管的应用中，通常选用无极性缓冲电路。在晶闸管回路中串入电感以抑制关断时瞬时过电压，并且防止因du/dt过大而引起的误触发。采用GTO、BJT、IGBT等自关断器件时，由于它们的工作频率比SCR高得多，因此有必要采用有极性缓冲电路，以便加快电容或者电感的抑制作用。

应该指出，耗能式缓冲电路能够减小开关器件的开关损耗，是因为把开关损耗从器件本身转移至缓冲器内，然后再消耗在电阻上，也就是说，开关器件的损耗减少了，安全运行得到了保证，但总的开关损耗并不一定减少。

为了回收这部分能量，人们还研究出了各种馈能式缓冲电路，以减少实际的电能损耗。但是由于整机体积的限制和附加元件的成本问题，使馈能式缓冲器推广应用受到了很大的限制。

3.6.2 电力电子器件的保护电路

电力电子器件均有安全工作区的限制，也就是说都有电流、电压和瞬时功耗的极限值。尽管在设计时会合理选择器件，但一些不可预见的故障会威胁到器件的安全，所以必须采取保护措施，主要包括：

（1）过电流保护：为了防止桥臂中两个开关器件直通，通常对两个开关器件的驱动信号进行互锁并设置死区。由于负载短路、元器件损坏等原因，电力电

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