基于SG3525的新型高压开关电源的研制

文章编号:1005-0523(2007)01-0079-03

华　东　交　通　大　学　学　报JournalofEastChinaJiaotongUniversityVol.24　No.1Feb.,2007

基于SG3525的新型高压开关电源的研制

冷雄春,刘百芬,赵晓霞

(华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013)摘要:应用SG3525PWM控制器、采用单端反激式变换器,设计制作了一种高压开关电源,并对该电源的设计进行了详细分析,对所采用的模块进行了详细介绍.实际应用表明,此高压开关电源具有稳定性好、体积小、响应速度快等优点.能广泛应用于要求高电压、低电流的小型电源系统中.关　键　词:SG3525;开关电源;SPWM;过电流保护;变压器驱动中图分类号:TN86　　　　　　文献标识码:A

1　引　言

在复印设备、医学仪器等精密电子系统中,广泛使用高电压、低电流的小功率电源.同时要求电源系统具有重量轻、响应速度快、稳定性好、可靠性高等特点.为了上述满足精密电子系统的要求,设计制作了一种新型高压开关电源.该电源具有稳定性好、响应速度快等优点,能广泛应用于复印设备、医学仪器等精密电子系统中.

制器,通过与脉冲调制器中误差放大器的基准电压比较,控制脉冲调制器的输出占空比,以调节输出电压.

3　电路设计要点

3.1　SG3525结构框图和引脚功能

2　电路原理

图1　系统原理框图

系统原理框图如图1所示.高压电源的输入信

号来自220V的交流市电,经整流滤波后与PWM脉冲调制器的输出信号一起驱动高频变压器,通过高频变压器得到的高压电源再经整流滤波后,输出直流高压.输出反馈信号经光电隔离后反馈给脉冲调

收稿日期:2006-10-11

系统采用SG3525来实现SPWM控制信号的输出,该芯片其引脚及内部框图如图2所示.直流电源Vs从脚15接入后分两路,一路加到或非门;另一路送到基准电压稳压器的输入端,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Cr,脚6须外接电阻Rr.振荡器频率f由外接电阻Rr和电容Cr决定,f=1.18/RrCr.逆变桥开关频率定为10kHz,取Cr=0.22μF,Rr=5kΩ.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

作者简介:冷雄春(1982-),男,湖北孝感人,在读硕士,主要从事智能仪器、开关电源方面的研究.

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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.

图2　SG3525引脚及内部框图

3.2　SPWM调制信号的产生

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,所得到的

号,使其转换成50Hz的方波,经过低频滤波,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输出脉宽也发生相应的变化,这就构成了一个闭合的反馈回路,能有效稳定输出的波形.3.3　过电流保护

过电流保护采用电流互感器作为电流检测元件,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,起到保护作用.过流保护信号经分压、滤波后加至电压比较器的同相输入端,如图3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上输出的脉宽调制脉冲就会立即消失而成为零.

脉冲方波输出再经过滤波就可以得到正弦输出电压.通过SG3525来实现输出正弦电压,首先要得到SPWM的调制信号,而要得到SPWM调制信号,必须得有一个幅值在1～3.5V,按正弦规律变化的馒头波,将它加到SG3525脚2,并与锯齿波比较,就可得到正弦脉宽调制波.

基准50Hz的方波是由555芯片生成的,用来控制输出电压有效值和基准值比较产生的误差信

图3　过电流保护电路

3.4　变压器驱动电路

高压变压器驱动电路见图4.

图4　高压变压器驱动电路

　　驱动电路采用单端驱动工作方式,这种电路简

单、工作可靠性高.功率管由来自SG3525芯片的信号驱动.11、14脚的单端并联输出.当SG3525输出高电平时,功率管导通,在电感L中储能;输出低电平时,功率管截止,导致流过电感L上的电流突然下降为零,L产生反电势.该反电势的脉冲电压加在高频变压器的输入端,驱动变压器工作.同时,电感L作变压器的阻抗匹配元件.由高频变压器输出的交流电压经二极管VD2、VD3进行整流倍压后,再经C2滤波,得到高压输出.

3.5　采样反馈电路

反馈回路中,对输出电压信号的取样,采用在输出端并联电阻,再将高压经电阻串联衰减的方法实现.R3、R4、Rw为电压取样反馈电阻.电压经隔离反馈后,从SG3525芯片的1脚输入,控制占空比,进而调节输出电压,达到稳压的目的.其稳压原理是:若输出电压偏高,采样反馈的信号也偏高,与SG3525中误差放大器的基准电压比较后的电压偏低,导致

第1期冷雄春,等:基于SG3525的新型高压开关电源的研制18

占空比的宽度变窄,引起输出电压下降;反之亦然.Rw是可调电阻,通过调节Rw来调节输出电压.

速度有所提高,而稳定性基本不变.同时,由图5与图6还可以看出,输出电压与调节电阻成线性关系,高压电源具有良好的可控性.

4　性能测试

系统的输出电压通过取样电阻Rw来调节,改变可变电阻的值可以改变输出电压.所得实验波形如图5、图6所示.图5是取样电阻Rw为20kΩ时的输出电压波形图.由图(a)实际读数可知,输出电压从0V上升到5kV的响应时间为0.5s左右,电源系统具有较快的响应速度.同时,由图(b)中的电压波形局部放大图可见,输出电压为5000V时,电压波动在±150V内,由×100%=3%可知,其最大电压波动小于5%.

图6　可变电阻为10kΩ时的电压输出波形图5　结　语

本文所设计的开关电源,是笔者在一测试仪项目中设计制作的一种新型高压开关电源.该电源具有传统开关电源不可比拟的稳定性好、响应速度快等优点,能满足目前精密电子系统中,广泛要求高电压、低电流的小功率电源,同时满足电源系统具有重量轻、响应速度快、稳定性好、可靠性高等特点的要求.参考文献:

[1]倪海东,蒋玉萍.高频开关电源集成控制器[M].北京:机

(a)输出电压响应图

(b)电压波形局部放大

图5　可变电阻为20kΩ时的电压输出波形图当调节至10kΩ时,电压输出如图6所示,此时输出电压读数约为2500V.输出电压从0V上升到2500V的响应时间约为0.3s,与图5(a)的响应时间0.5s相比较可以看出,此时高压电源的响应

械工业出版社,2005.

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DevelopmentofaNewHigh-voltageSwitchedModePowerSupply

BasedonSG3525

LENGXiong-chun,LIUBai-fen,ZHAOXiao-xia

(SchoolofElectricalandElectronicEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China

)

Abstract:Ahigh-voltageswitchedmodepowersupplyisdesignedbyPWMadjustorofSG3525andconverterofsingle-endinverseexcitation.Andithascarriedondetailedanalysistothedesignofthispowersupply.Ithastheconcretedesignprocess,andthemodulethatthecircuitadoptedisintroduced.Practicalapplicationindicatesthatitisreliable,soithasgoodpopularizationusingvalueinsystemofsolarpowersupplywhichneedshighvoltageandweakcurrent.Keywords:SG3525;switchingmodepowersupply;SPWM;overcurrentprotection;transformerdrivecircuit