并聯(lián)型高頻開關直流電源的系統(tǒng)設計
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
圖4 電壓外環(huán)等效方框圖
GV(s)為電壓環(huán)PI調節(jié)器的傳遞函數(shù)：
(1-1)
Gi(s)為電流環(huán)PI調節(jié)器的傳遞函數(shù)：
(1-2)
Gdi(s)為主電路的占空比對電感電流的開環(huán)傳遞函數(shù)
(1-3)
忽略輸出濾波電感電容的等效電阻的影響
(1-4)
式中：
Udc輸入直流母線電壓;
n為副邊與原邊的匝比
L為輸出濾波電感值;
RL為濾波電感的電阻;
C為輸出濾波電容;
RC為濾波電容的串聯(lián)等效電阻;
R為負載電阻。
Z(s)為負載和輸出電容支路的并聯(lián)阻抗：
(1-5)
由圖3可得，電流環(huán)(內環(huán))的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：
(1-6)
然后由等效方框圖圖4可得，補償前電壓環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：
(1-7)
3 控制電路設計
采用集成芯片UC3525外加運放構成平均電流模式控制電路并用單片UC3525外加邏輯電路的方式形成有限雙極性控制的4路控制信號(如圖5)。
1) 外環(huán)控制。電壓給定信號與輸出電壓反饋信號經(jīng)運放U1補償比較得Ue，接到UC3525的內部誤差放大器正相輸入端2腳作為反饋電流的控制信號Uip。當輸出電流超過給定限流值時，D11導通，Uip被嵌在給定限流值上。
2) 內環(huán)控制。采樣電阻檢測輸出電流并通過電流檢測放大器得電流反饋信號。接到UC3525的內部誤差放大器反相輸入端的1腳，與Uip進行比較。UC3525的9腳為反饋補償端。
3) 有限雙極性控制。UC3525的4腳為同步信號輸出，該信號作為D觸發(fā)器U3的時鐘信號，U3的Q端(1腳)和
端(2腳)既可得到占空比為50%相位相差180的兩組脈沖，Q11、Q12用于控制死區(qū)時間。
圖5 單片UC3525構成有限雙極性控制原理圖
4 驅動電路設計
在IGBT的使用過程中，驅動電路選擇的合理性和設計是否正確是影響其推廣使用的問題之一。IGBT的通態(tài)電壓、開關時間、開關損耗、承受短路能力以及dv/dt電流等參數(shù)均與門極驅動條件密切相關。
IGBT的驅動電路原理圖如圖6所示。
圖中Q1為由控制電路產(chǎn)生的驅動信號輸入，fault為本驅動電路在檢測到過流等故障時發(fā)出的故障檢測信號。C1、G1、E1分別接IGBT的源柵漏級。驅動電路的供電，采用單電源加穩(wěn)壓管的方式。
對于M57962AL驅動電路，在以下兩種情況容易導致驅動電路失去負偏壓：一是產(chǎn)生負偏壓的穩(wěn)壓二極管D2被擊穿短路;二是驅動電路在單電源供電時，因失去電源供電電壓的時候。此時若按傳統(tǒng)的M57962AL單電源供電的典型接法(如圖7)，并沒有保護信號給出，易造成IGBT的損壞
圖6 IGBT的驅動電路原理圖
針對上述所說的情況，對M57962AL的外圍電路進行了一些改進(如圖7)所示。在正常情況下，D4導通，M57962AL的8腳為高電平，D1截止，VT導通，光耦輸出呈低阻態(tài)，故障信號為低電平，表現(xiàn)為無故障。過流保護時，D4截止，M57962AL的8腳為低電平，D1導通，VT截止，光耦輸出呈高阻態(tài)，故障信號為高電平，表現(xiàn)為有故障發(fā)生。如果穩(wěn)壓二極管D2擊穿短路，則D4截止，VT截止，光耦輸出呈高阻態(tài)，同樣給出故障信號。如果驅動電路失去+24V電壓，則光耦無電流流過，仍然表現(xiàn)為故障保護。這樣就避免了IGBT因為失去負偏壓或者失去供電而導致?lián)p壞。
圖7 M57962AL的典型接法
5 結束語
針對高頻開關電力操作電源的技術要求，對開關電源的控制電路、驅動電路、緩沖電路及主要磁元件進行了設計、優(yōu)化。隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，也必將推動高頻開關電源朝著更大規(guī)模的方向發(fā)展。
參考文獻
評論