基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真.pdf

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（电气开关）（2010No3）文章编号：

1004289X（2010）03-004804基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真壬川川1，赵锦成1，邢娅浪1，孙益民2（1军械工程学院电气工程系，河北石家庄050003；2中国人民解放军某部队）摘要：

概述了基于SG3525的直流升压电源系统的设计方案。

对主电路、PWM波产生电路、驱动电路和保护电路进行了详细的研究和设计。

PWM波的产生以SG3525为核心实现，驱动电路采用EXB841实现。

最后用MAT-LABSimulink软件，对电路进行了仿真实验，实验结果证明设计方法正确，电路设计简洁有效，设计结果能达到预定的要求。

关键词：

SG3525；直流升压；MA，I-I。

ABSimulink；仿真中圈分类号：

7文献标识码：

ADesignandSimulationofDCBoostedCircuitsBasedonSG3525WANGChuanchuanl，ZHAO肺-chen91，XINGYa1an91，SUNYimin2（1DepartmentofElectricalEngineering，OrdnanceEngineeringCollege，Shijiazhuang050003，China；2ACertainUnitofthePLA）Abstract：

AdesignschemeofDCboostcircuitbasedonSG3525i8summarizedItsresearchedanddesignedaboutthemaincircuit，thePWMwaveproducingcircuit，thedrivingcircuitandtheprotectingcircuitthe删waveprodu-cingcircuitisbased011SG3525TheEXB84li8usedtodesignthedrivingcircuitIntheendthesimulationofthecir-cuiti8carriedbyMA11ABSimulinkThesimulationhasprovedthatthedesignmethodisrightthecircuitissuccinetande伍cientTheresultsCanachievethegoalKeywords：

SG3525；DCboostedcircuit；MAILABSimulink；Simulation1引言是升压至Dc540V后输出。

在直流升压电路的设计中，Boost升压电路结构简单，可将不可控的直流输入变为可控的直流输出，广泛应用于可调整直流开关电源和直流电机驱动。

Boost电路只有一个开关管，克服了传统串联型稳压电源能耗大、体积大的缺点，具有体积小、结构简单、变换效率高，不存在桥式电路共态导通等优点【121。

本文采用Boost斩波电路为直流升压电路的主电路，并以SG3525为控制核J心设计了控制电路，其中包括完善的保护电路，以期当输入电压为DC78一117v时，输出可基本稳定在DC650V。

仿真实验证明，本文的没懒正确，电路简单实用，能较好的达到预定目的。

2设计方案系统设计框图如图I所示，额定输入为96V，目的出图1系统设计框图输出电压经采样及信号调理以后，送至Sc3525的1脚，1脚为误差放大器反向输入端，将反馈信号接到该引脚形成闭环控制。

将SG3525产生的PWM波经由隔离驱动电路后驱动Boost斩波电路中的开关器件IGBT，将直流输入电压升压至设定值输出。

3硬件设计31主电路的设计3】本系统主电路设计如图2所示。

万方数据电气开关（2010No3）49图2升压主电路311缓冲电路的设计缓冲电路由电容C，、电阻R开关K卜l（2组成，目的是为了给升压电路及后级的逆变电路提供相对恒定的直流电压，防止冲击电压和冲击电流对功率器件造成损坏。

K，闭合，直流电源接通，起初输人侧滤波电容器上的电压为OV，接通瞬间产生的冲击电压和冲击电流可能对主功率电路造成损坏。

因此，在电源输入和滤波器之间接人限流电阻R。

，将滤波器的充电电流限制在一定范围内。

当滤波电容器充电完毕后，闭合，将限流电阻尺。

短接。

限流电阻尺。

的取值为20kfl。

在以上过程中，K3是打开的。

大电容C。

也可起到滤波作用，滤去直流电压中的脉动成分。

该电容一般来说容量越大越好，但考虑到体积和成本的限制，在本系统中我们根据经验和对系统的仿真选用的是500001出F的电解电容。

电阻尺为系统停止工作后大电容C。

提供放电回路，将K3闭合，即可为C，提供放电回路。

电阻尺取值为lOkll。

312电路参数计算及器件选型4，5】

（1）功率管Boost电路输入平均电流为：

Pli=io（9）输出功率为lkW，故输入电流最大值为：

一=乏=等=128（A）功率管导通时最大峰值电流为：

QP一i一+，o=128+等=147（A）考虑额定电压、电流裕值和元器件成本，选择IDBT模块IRGKIN050M12作为Boost电路的功率管，其规格为100A1200V。

（2）二极管通过二极管的最大电流值，D一一=128（A）考虑额定电压、电流裕值和元器件成本，选择三菱公司的二极管模块TM90DZCZ-24，其规格为90A1200V。

（3）升压电感的设计根据储能电感取值的不同，电路可分为连续工作状态和不连续工作状态两种模式。

工作在连续、不连续临界情况下的临界电感为：

L：

!

貉一a

（1）式中，仉为输出电压；瓦为工作周期；，o为输出电流，口面。

为最小占空比。

已知Boost电路输入直流电压E变化范围为78117V，输出直流电压玑=540V，可推得占空比变化范围为：

Ffa一=1一斧=08556j

（2）【a晌“一茅_o7833开关管工作频率为10kHz，则可得：

瓦=71=100斗s（3）_，输出电流范围为05185A，由式

（1）可得：

L199（ma）（4）实际应用中Boost电路升压设计在连续模式工作区间，故升压电感应大于临界值，取L=35（ma）（4）输出滤波电容的设计电感电流连续模式下，考虑滤波电容器有内部寄生电阻，同时考虑二极管电流，D的纹波电流会全部流进电容器C，以保证负载上得到平直的直流电流。

在指定纹波电压限制下，需要电容值C为：

一a“。

疋玑a岫毛L。

一RAUoAU（5）式中：

玑为纹波电压，取玑=IOV，则有：

c：

业堕业警地：

145（妒）上U由于在电感充电期间，电容独立为负载供电，故由式计算出的电容值偏小，应留有一定裕量，实际中选择C=47阻F。

32控制电路设计321PWM波的产生【6JPWM波产生电路如图3所示，该PWM波产生电路以SG3525芯片为主，外围搭配适当的电阻、电容等组成。

由于本电路系统对PWM波的占空比范围大概为：

O一86。

而SG3525单路输出的占空比最大只能达到50，所以这里将芯片的ll引脚和14引脚输万方数据（2010No3l出的两路相位互差1800的PWM波信号经或非门74LS02、非门74L500以后输出PWM波给IGBT驱动电路EXB841，这样即可满足占空比的要求。

图3PWM波产生电路332隔离驱动电路的设计IGBT的驱动方法常用有：

直接驱动法、隔离驱动法和集成模块驱动电路。

本逆变电源采用的是EXB系列集成模块EXB841来驱动IPM模块中的IGBT。

集成模块驱动电路与分立元件的驱动电路相比，有体积小、效率高、可靠性高的优点。

EXB841适用于开关频率为40kHz以下的开关操作，可以用来驱动400A，600V或300A，1200V以下的功率IGBT。

它采用单电源工作，供电简单，内置高速光耦实现输入、输出的隔离，隔离电压可达AC2500Vmin。

同时，芯片内部设有过电流保护电路，且过电流保护后在封锁自身输出的同时，由专门的故障信号输出端发出故障信号”。

EXB841驱动IGBT的电路如图4所示。

图4EXB841驱动IGBT的电路图323采样及信号调理电路的设计J对电压采样通常有两种方法：

一是利用分压电阻进行采样；二是采用电压采样霍尔。

综合考虑，本文采用分压电阻进行采样。

由于进行采样的输入电压为540V，故须对采样值进行调理。

电压采样及信号调理电路如图5所示。

Boost电路输出电压为以，那么采样输出电压值即【，为：

以=O007659以-2949图5电压采样及信号调理电路当输出电压上下波动达30V，即510VUo，570V时，可得到玑的范围为096V，阢142V。

324保护电路的设计直流电源中的功率器件IGBT是系统的主要部件，也是最昂贵的部件。

由于它工作在高频、高压、大电流的状态，所以也是最容易损坏的部件。

因此IGBT的保护工作显得十分重要。

本系统中设计了较为完备的保护电路及保护程序，保护电路主要有以下几个部分：

（1）输出过压保护电路；

（2）输入过压、欠压保护电路；（3）IGBT短路保护电路；（4）温度保护电路。

4仿真实验及分析41仿真实验为了所设计的Boost电路自身特性及性能，用MATLABSimulink软件对Boost电路构建了仿真模型，如图6所示，进行了一系列仿真实验叫。

图6Boost电路仿真模型仿真参数设置如下：

（1）开关器件为IGBT；

（2）升压电感L=5mH，滤波电容C=47心，电阻R：

=20kfl，电容C，=500001zF，额定负载电阻R=169Q；（3）开关K，初始时闭合，在018处打开；开关K：

初始时断开，在01s处闭合；（4）控制电路主要参数设置：

（i）PID控制器参数设置：

P=002，j=5，D=0；）Relay模块参万方数据奄气开关）（2010No3）5l数设置：

Switchonpoint：

l，Switchoffpoint：

一l，outputwhenon：

l，outputwhenoff：

一1，Gain参数设置为001；（5）仿真算法选择ode23，仿真时间设为025s。

运行仿真模型，得到以下仿真波形，如图7所示。

3210-1咖6004002000删信号山。

出山800印lo400200Ots（adPWM信号及，uvts（”负载上的电压和电流波形图7额定输入电压时的仿真波形42仿真结果分析由Boost电路仿真结果可见，Boost电路对波动的输人电压有较好的调节功能；所设计的缓冲电路及器件参数的选择较为合理；所选择的功率器件能满足电路的要求。

由仿真结果证明，本文的设计方法是正确的，电路自身的调节作用的稳定性和准确性较好。

从仿真电路中还可测得流过IGBT、二极管的电流和电压，以及输出电压和电流的谐波含量，在这里不再赘述，这些仿真结果证明了本文参数的计算及设计方法的正确性。

5结语本文概述了基于SG3525的直流升压电源系统的设计方案。

对主电路、PWM波产生电路、驱动电路和保护电路进行了详细的研究和设计。

最后用MAT-LABSimulink软件，对电路进行了仿真实验，实验结果证明，本文的设计方法是正确的。

通过仿真实验还发现，在刚接通电源时，输出电压和电流有较大的波动，这对器件的选择和负载都有较大影响，如何使输出电压和电流减小波动，并且不对其上升时间产生大的影响，这是下一步努力的方向之一，如何对IGBT提供更好的保护也是下一步努力的重点。

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（1）10】昊天明。

谢小竹，彭彬MATLAB电力系统设计与分析J】北京：

圈防工业出版砧。

2004牧藕日期1200908一14作者简介：

王川川（1985一1男河南渍阳县人硕士研究生研究方向为电能变换理论夏应用技术。

赵锦成I1962一1募喇教授陕西西安人礓士生导师主要从事军用电豫的教学与研究工作。

邢娅浪（1978一）女陕西临澶人讲师。

主要从事电站监控方面的研究。

孙益民（1981一1男期南岳阳人助理工程师。

研究方向为装备堆修与保曩。

电气开关征稿说明电气开关主要报道低压电器、防爆电器和电气传动控制装置方面的科研成果、设计制造经验；介绍新材料、新工艺的研究和应用以及上述产品的改进措施和实际运行经验。

请按照本刊的报导内容，继续为本刊撰稿。

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sydqkg163corn欢迎投稿万方数据基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真基于SG3525的直流升压电源的设计与仿真作者：

王川川，赵锦成，邢娅浪，孙益民，WANGChuan-chuan，ZHAOJin-cheng，XINGYa-lang，SUNYi-min作者单位：

王川川,赵锦成,邢娅浪,WANGChuan-chuan,ZHAOJin-cheng,XINGYa-lang（军械工程学院电气工程系,河北,石家庄,050003），孙益民,SUNYi-min（中国人民解放军某部队）刊名：

电气开关英文刊名：

ELECTRICSWITCHER年，卷（期）：

2010,48（3）参考文献（10条）参考文献（10条）1.吴天明;谢小竹;彭彬MATLAB电力系统设计与分析20042.洪乃刚电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真20063.赵键基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电设备的研究20084.曲学基;曲敬铠;于明扬逆变技术基础与应用19955.毛涛涛电力机车空调电源的研制20086.李敏列车DC600V三相逆变电源研究20077.王兆安;黄俊电力电子技术20038.张哲地铁紧急通风变频器的研究20089.高徽;单清林;朱英基于UC3842控制芯片的Boost变换器的设计期刊论文-大庆石油学院学报2008（03）10.刘长万;王儒;方宇应用于UPS的3kWBoost电路研究期刊论文-电子工程师2008（02）本文链接：

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