并聯(lián)型高頻開(kāi)關(guān)直流電源的系統設計

圖4 電壓外環(huán)等效方框圖

GV(s)為電壓環(huán)PI調節器的傳遞函數：

(1-1)

Gi(s)為電流環(huán)PI調節器的傳遞函數：

(1-2)

Gdi(s)為主電路的占空比對電感電流的開(kāi)環(huán)傳遞函數

(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(xiàn)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)傳遞函數為：

(1-6)

然后由等效方框圖圖4可得，補償前電壓環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數為：

(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(guò)給定限流值時(shí)，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(guò)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(jìn)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(shí)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用于控制死區時(shí)間。

圖5 單片UC3525構成有限雙極性控制原理圖

4 驅動(dòng)電路設計

在IGBT的使用過(guò)程中，驅動(dòng)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(wèn)題之一。IGBT的通態(tài)電壓、開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路能力以及dv/dt電流等參數均與門(mén)極驅動(dòng)條件密切相關(guān)。

IGBT的驅動(dòng)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(dòng)信號輸入，fault為本驅動(dòng)電路在檢測到過(guò)流等故障時(shí)發(fā)出的故障檢測信號。C1、G1、E1分別接IGBT的源柵漏級。驅動(dòng)電路的供電，采用單電源加穩壓管的方式。

對于M57962AL驅動(dòng)電路，在以下兩種情況容易導致驅動(dòng)電路失去負偏壓：一是產(chǎn)生負偏壓的穩壓二極管D2被擊穿短路;二是驅動(dòng)電路在單電源供電時(shí)，因失去電源供電電壓的時(shí)候。此時(shí)若按傳統的M57962AL單電源供電的典型接法(如圖7)，并沒(méi)有保護信號給出，易造成IGBT的損壞

圖6 IGBT的驅動(dòng)電路原理圖

針對上述所說(shuō)的情況，對M57962AL的外圍電路進(jìn)行了一些改進(jìn)(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，表現為無(wú)故障。過(guò)流保護時(shí)，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，表現為有故障發(fā)生。如果穩壓二極管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(dòng)電路失去+24V電壓，則光耦無(wú)電流流過(guò)，仍然表現為故障保護。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(yǔ)

針對高頻開(kāi)關(guān)電力操作電源的技術(shù)要求，對開(kāi)關(guān)電源的控制電路、驅動(dòng)電路、緩沖電路及主要磁元件進(jìn)行了設計、優(yōu)化。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，也必將推動(dòng)高頻開(kāi)關(guān)電源朝著(zhù)更大規模的方向發(fā)展。

參考文獻

1 張勝輝, 郭海軍等.并聯(lián)均流高頻開(kāi)關(guān)電源的研究.國外電子元器件.2004,(11):20~22