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大功率恒流电源以SG3525为控制芯片
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大功率恒流电源以SG3525为控制芯片

作者:admin   发布日期:2019-04-17 00:42   信息来源:http://www.yyyyee.com/

本文介绍了大功率恒流电源以SG3525为控制芯片、采用半桥变换的拓扑结构,输出为恒压/恒流12V/20A,负载输出小于0.6W时,为恒流工作模式,当负载大于0.6W时,其工作在恒压模式,电源在最大输出功率240W,且电流均匀可调、较宽输入电压范围、低输出纹波的大功率LED电源。

1、系统结构设计

本文设计的大功率恒流电源主要包含输入保护、EMI滤波电路、全桥整流电路、半桥式DC-DC变换电路、反馈电路和控制驱动电路部分等,其大体电路结构如图1所示。交流电压输入后,经过EMI滤除电源工作中所产生的电磁干扰,然后整流。经过对负载的电流、电压进行取样,由控制电路反馈到控制电路,最后通过改变两个MOSFET管占空比,实现精确的电流或电压控制。

基于SG3525芯片的大功率恒压/恒流LED电源研制

图1  电源系统结构图

电源的主拓扑结构采用半桥式变换器如图1所示,它是在推挽变换器的基础上发展而来的,它包括两只功率开关管构成半桥、两个电容、高频变压器等组成。桥式电路将输入的直流电转换成高频方波交流,再经高频变压器降压及副边高频整流、滤波后输出直流,适用于输出功率较大的场合,属于隔离式变压器拓扑结构。

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控制、驱动电路由专用的集成芯片SG3525及其外围电路构成PWM调制,该芯片调制范围为100~400kHz,当选取频率过低时输出波形脉动比较大,若是要求输出波形较好,频率应高于20kHz,频率过高则对开关管要求高,成本要高出很多,市场上开关频率一般为50~100kHz[1-4],综合考虑下,本设计采用60kHz。

2、SG3525控制芯片介绍及设置

2.1、芯片结构及特性

SG3525的内部结构如图2所示,大功率恒流电源由基准电压调整器、振荡器、误差放大器、比较器、锁存器、欠压锁定电路、闭锁控制电路、软起动电路和输出电路构成。

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图2 芯片SG3525的内部结构

山东11选5走势图 通过调节SG3525的5脚上的电容和6脚上的电阻改变输出控制信号PWM的频率;调节9脚COMP的电压可以改变输出脉宽,这些功能可以改善开关电源的动态性能和简化控制电路的设计。

2.2、芯片主要功能

(1)欠压锁定功能

当15管脚电压Vc小于8V时,由于设置了欠压锁定电路,欠压锁定器输出一个高电平信号,再经过或非门输出转化为一个低电平信号输出到T1和T5的基极,晶体管T1和T5关断,SG3525的13脚输出为Vc,11脚和14脚无控制输出,从而实现欠压锁定。

(2)系统的故障关闭功能

当系统过流时,过流保护电路将输送给10脚一个高电平,由于T3基极与两个或非门相连,故障信号产生的关闭过程与欠电压锁定过程类似。

(3)软起动功能

大功率恒流电源软启动功能主要是由T3、8管脚外接的电容C3和锁存器实现的。当出现欠压或者有过流故障时,欠压锁定器的高电平传到T3晶体管基极,T3导通为8引脚的外接电容C3提供放电的途径,C3经T3放电到零电压后,限制了比较器的PWM脉冲输出,使PWM比较器输出为高电平,PWM高电平经PWM锁存器输出至或非门仍为恒定的逻辑高电平,晶体管T1和T5关断,封锁输出。当故障消除后,欠压锁定器输出恢复为低电平正常值,T3截止,C3电容由50μA电流源缓慢充电,C3充电对PWM比较器和PWM锁存器的输出产生影响,同时对两个或非门的输出脉冲产生影响,其结果是使输出脉冲由窄缓慢变宽,只有C3充电结束后,脉冲宽度不受C3充电的影响。

(4)延时回路

山东11选5走势图 在可逆变换器中,跨接在电源U1两端的上、下两个MOSFET管交替工作,由于管子有一定的时间关断。如果在此期间另一个功率场效应管已经导通,则将造成上下两管短路导通(直通)。为了避免直通,设置了由R、C电路构成的逻辑延时环节。保证两个管子导通间隔3μs。

2.3、SG3525外围电路

本文欲采用60kHz的脉冲,根据:

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则设置CT=4700pF,RT=5。1kW,RD=100W。8管脚接的软启动电容取0。1μF,13管脚接0。1μF电容滤去输出电压尖峰,2管脚由16管脚提供的5。1V电压设置反馈的给定电压。3、4、12管脚直接接地。

3、Matlab仿真搭建

3.1、控制芯片的模拟

大功率恒流电源利用MATLAB/smiulink库中的RepeatingSequenceInterpolated模型产生三角波,模拟SG3525的振荡回路,芯片SG3525的外围电路设计如图3所示。脉冲发生器起脉冲波形分配的作用,设定输出波形的频率为30kHz,通过与非门配合把Relay所产生的60kHz脉冲波形进行分配,产生A、B输出端的脉冲波形[9],芯片功能的模拟如图4所示。

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图3  芯片SG3525的外围电路设计

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图4  芯片功能的模拟

利用过流保护功能,在本系统中模拟过压保护功能,当Dish端的输入值大于12的时候,经过Relay1与逻辑非门的作用,产生一个低电平,从而封锁A、B端的输出。

3.2、电流/电压反馈控制的模拟

大功率恒流电源山东11选5走势图电压、电流反馈仿真如图5所示,设定恒流反馈的采样电阻为0.0036W,恒压反馈直接反馈负载两端电压。CC为恒流反馈,CV为恒压反馈。目标恒流为20A,则当检测恒流采样电压小于0.072V时,则反馈为恒压CV,同时检测的还有设定值检测,则此时反馈恒压12V的设定值。当检测到恒流采样电压不是0.072V时,则反馈为恒流CC,同时检测的还有设定值检测,则此时反馈为0.072V,即20A的设定值。

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图5  电流/电压反馈控制选择的模拟

4、仿真验证

系统整体仿真如图6所示,仿真参数中输入电压为85~265V,仿真时间为4s,两个半桥电容值为470mF,变压器容量为500VA,变比为3∶1;电流采样电阻为0。0036W,全桥的滤波电容为11mF,输出滤波电容为4700mF。

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图6  系统整体仿真

大功率恒流电源仿真结果如下:

(1)恒流下,220V输入电压,0.1W负载和0.6W负载,输出电流波形。

由图7、图8可知,当负载0.1W和0.6W都能够恒流在20A,且负载0.1W和0.6W超调量都很低分别是1%和2.5%以内,当负载是0.6W时纹波比0.1W时稍大为2%。

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(2)恒压下,220V输入电压,1W负载和10W负载,输出电压波形。

由图9、图10可知,当负载大于0.6W时,电压可以稳定在12V,随着负载的增大纹波渐大,但在实际的电路中,如果对输出加入稳压管,对电压的稳定有帮助。

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(3)220V输入电压,0.3W负载,当出现0.5s瞬时断电恢复后,输出波形。

当电源工作在恒流状态,模拟电网一般出现的瞬时断电0.5s,如图11可知,负载两端掉电时间为0.25s最小为18A恢复时间不到0.1s,满足要求。

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(4)0.3W负载,85V和265V输入电压波形对比。

由图12、图13可知,当输入为265V时,响应时间大致为0。3s,输出纹波小于1。5%。当输入电压为85V时,输出纹波小于1%,但是响应时间较慢为1。7s,如果减小变压器的变比或提高半桥上的电容,则会让响应时间大为减小。

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5、结论

本文概述了基于SG3525半桥电源系统的设计方案,对主电路做了简要介绍,对SG3525做了详细研究,在此基础上,利用MATLAB对系统做了细致的仿真验证。利用SG3525芯片作为该电源的控制芯片,具有精度高,外围电路简单,使电源的整个结构和成本大为简化和降低。

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