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(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)：
(1-1)
Gi(s)為電流環(huán)PI調(diào)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(qū)動電路設計
在IGBT的使用過程中，驅(qū)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(qū)動條件密切相關。
IGBT的驅(qū)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(qū)動信號輸入，fault為本驅(qū)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(qū)動電路的供電，采用單電源加穩(wěn)壓管的方式。
對于M57962AL驅(qū)動電路，在以下兩種情況容易導致驅(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(jié)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(qū)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