脈寬調制器SG3525及其在變頻電源中的應用

　　1 引言

　　在中小容量變頻電源的設計中， 采用自關斷器件的脈寬調制系統(tǒng)比非自關斷器件的相控系統(tǒng)具有更多的優(yōu)越性。第二代脈寬調制器SG3525 應用于交流電機調速、U PS 電源以及其他需要PWM 脈沖的領域。其外圍電路可對串聯諧振式逆變電源進行多功能控制， 實現H 橋式M O SFET 脈寬調制PWM信號的生成和逆變電源的保護功能， 以及變頻電源工作過程中諧振頻率的跟蹤控制。

　　2 PWM 2SG3525 的結構特性

　　SG3525 脈寬調制控制器，不僅具有可調整的死區(qū)時間控制功能，而且還具有可編式軟起動，脈沖控制封鎖保護等功能。通過調節(jié)SG3525 第6腳（RT ） 上的電流大小可以改變輸出控制信號PWM 的頻率， 調節(jié)第9 腳（EAOU T ）的電壓可以改變輸出脈寬，這些功能可以改善變頻電源的動態(tài)性能和簡化控制電路的設計。

　　2. 1 PWM -SG3525 內部結構

　　SG3525 的內部結構見圖 1，由基準電壓調整器、振蕩器、誤差放大器、比較器、鎖存器、欠壓鎖定電路、閉鎖控制電路、軟起動電路、輸出電路構成

　　2. 2 欠壓鎖定功能

　　基準電壓調整器受15 腳的外加直流電壓V C的影響， 當V C低于7 V 時， 基準電壓調整器的精度值就得不到保證， 由于設置了欠壓鎖定電路， 當出現欠電壓時， 欠壓鎖定功能使A 端線由低電壓上升為邏輯高電平經過或非門輸出轉化為 P 1 = P 2 =ˉA +ˉB +ˉC+ˉD = 0， SG3525 的13 腳輸出為高電平， 功率驅動電路輸出至功率場效應管的控制脈沖消失，逆變器無電壓輸出。

　　2. 3 系統(tǒng)的故障關閉功能

　　集成控制器SG3525內部的T3晶體管基極經一電阻連接10引腳。過流保護環(huán)節(jié)檢測到的故障信號使10腳為高電平，由于T 3 基極與A 端線相連， 故障信號產生的關閉過程與欠電壓鎖定過程類似。在電路中，過流保護環(huán)節(jié)還輸出一個信號到與門的輸入端， 當出現過流信號時，檢測環(huán)節(jié)輸出一低電平信號到與門的輸入端， 使脈沖消失，與SG3525 的故障關閉功能一起構成雙重保護。

　　2. 4 軟起動功能

　　軟起動功能的實現主要由SG3525 內部的晶體管T3 和外接電容C3 及鎖存器來實現的。當出現欠壓或者有過流故障時，A 端線高電平傳到T 3 晶體管基極， T3 導通為8 引腳外接電容C3 提供放電的途徑， C3 經T3 放電到零電壓后， 限制了比較器的PWM 脈沖電壓輸出， 電壓上升為恒定的邏輯高電平， PWM 高電平經PWM 鎖存器輸出至D 端線仍為恒定的邏輯高電平， C3 電容重新充電之前，D 端線的高電平不會發(fā)生變化， 封鎖輸出。當故障消除后，A 端線恢復為低電平正常值， T 3 截止， C3 電容由 50 ΛA 電流源緩慢充電， C3 充電對PWM 和D 端線脈沖寬度產生影響， 同時對P 1 和P 2 輸出脈沖產生影響， 其結果是使P 1 和P 2 脈沖由窄緩慢變寬， 只有C3 充電結束后， P 1 和P 2 的脈沖寬度才不受C3 充電的影響。這種軟起動方式，可使系統(tǒng)主回路電機及功率場效應管承受過大的沖擊浪涌電流。

　　2. 5 波形的產生及控制方式分析

　　SG3525 內部的鋸齒波作為載波信號U t， 外加的給定信號U g作為調制信號由 9 腳輸入， 載波信號U t和給定信號U g疊加用于確定脈寬調制波的初始占空比， 可控制逆變器輸出電壓的大小和極性。U g可正可負， 由模擬或數字調節(jié)器的輸出來控制， 可構成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。 集成控制器SG3525 的輸出側采用推拉式電路可使關斷速度加快。當11 腳、14 腳與12 腳連接時， PWM 脈沖由13 腳輸出， 這樣能夠保證13 腳的輸出與鎖存器的輸出一致。SG3525 內部的電壓波形如圖2 所示，鋸齒波與調制波的交點比較功能由比較器完成，當U t》 U r時， 比較器輸出的PWM 波形由邏輯低電 平變?yōu)楦唠娖剑?當 U t 《 U r時， 比較器輸出的PWM 波形由邏輯高電平變?yōu)榈碗娖剑?為保證PWM 波寬不至于太窄， 用PWM 鎖存器鎖存高電平值， 并在CP 脈沖下跳時對鎖存器清零， 以進行下一個比較點的鎖存

　　2. 6 延時回路

　　在可逆變換器中， 跨接在電源U S兩端的上、下兩個功率場效應管交替工作， 由于功率場效應管的關斷要有一定的時間。如果在此期間另一個功率場效應管已經導通， 則將造成上下兩管直通，從而使電源正負極短路。為了避免發(fā)生這種情況，設置了由R、C 電路構成的邏輯延時環(huán)節(jié)。保證在對一個管子發(fā)出關閉脈沖后， 延時2 Λs 左右的時間后再發(fā)出對另一個管子的開通脈沖。如圖3 所示，

　　U a為SG3525 的13 腳輸出占空比可調的脈沖波形（ 占空比調節(jié)范圍不小于0. 1～ 0. 9） ， 經過RC 移相后， 輸出兩組互為倒相、死區(qū)時間為4 Λs 左右的脈沖， 經過驅動4 只M O SFET 管， 其中V T 1，V T 4驅動信號相同，V T 2，V T 3驅動信號相同。

　　變頻電源主電路中的單相整流橋與Boo st 斬波電路V T 0 和VD 0 結合， 采用A PFC 控制技術對輸入交流電進行有源功率因數校正的變換， 形成高入端功率因數的整流器。逆變器電路采用M O SFET 和輔助電路構成的H 型橋式結構， 通過PWM 控制技術進行雙極性變頻變壓變換 形成串聯諧振式逆變電源。變頻電源控制器由單片機系統(tǒng)、SG3525 和A PFC 校正電路以及隔離驅動等部分組成。由霍爾電壓傳感器L EM 1 和霍爾電流傳感器LEM 2 將負載電壓和電流信號進行隔離轉換， 并由單片機通過A ?D 進行檢測，作為閉環(huán)系 統(tǒng)的反饋信號， 單片機控制 SG3525 發(fā)出的PWM 脈沖，來控制逆變器V T 1，V T4 和V T 2，V T 3輪流導通， 從而控制逆變電壓和逆變頻率。其中V T 1～V T 4 功率場效應管的型號為 IRF840，開關頻率為30 M H z，VD 1～VD 4 采用反相恢復時間較快的功率二極管50W F40F， 主電路整流器二極管采用ZP6，反向的峰值電壓為800V。