SG3525電壓調(diào)節(jié)芯片的PWM Buck三電平變換器

SG3525對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)絕不陌生，SG3525電壓調(diào)節(jié)芯片可實(shí)現(xiàn)PWM Buck三電平變換器的交錯(cuò)控制。相對(duì)于采用分立元件實(shí)現(xiàn)PWM Buck三電平變換器的交錯(cuò)控制而言，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是控制方法電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可以較好地解決三電平波形的不對(duì)稱問(wèn)題。那么本文就將分享由SG3525電壓調(diào)節(jié)芯片的PWM Buck三電平變換器的具體設(shè)計(jì)方法。

三電平變換器有下列優(yōu)點(diǎn)：

——開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力為輸入電壓的一半；

——可以大大減小儲(chǔ)能元件的大小；

——續(xù)流二極管的電壓應(yīng)力為輸入電壓的一半。

因此，三電平變換器非常適用于高輸入電壓中大功率的應(yīng)用場(chǎng)合。

由于三電平變換器的開(kāi)關(guān)數(shù)目多，對(duì)其實(shí)施有效的控制比較復(fù)雜。傳統(tǒng)上，采用比較器、運(yùn)算放大器和RS觸發(fā)器等分立元件實(shí)現(xiàn)PWM三電平變換器的控制。但是，由于實(shí)現(xiàn)上述控制所需的分立元件眾多，兩個(gè)鋸齒波不可能做到完全匹配，同時(shí)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路也不可能完全相同，因此，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的占空比必然存在一定的差異，隔直電容Cb在一個(gè)周期內(nèi)所提供的能量不可能相等，造成了三電平波形不對(duì)稱。

本文采用電壓調(diào)節(jié)芯片SG3525來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM Buck三電平變換器的控制，可以大大減小由分立元件實(shí)現(xiàn)時(shí)所帶來(lái)的三電平波形不對(duì)稱的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單有效。

Buck三電平變換器

1、三電平兩種開(kāi)關(guān)單元

三電平DC/DC變換器的推導(dǎo)過(guò)程：用兩只開(kāi)關(guān)管串聯(lián)代替一只開(kāi)關(guān)管以降低電壓應(yīng)力，并引入一只箝位二極管和箝位電壓源（它被均分為兩個(gè)相等的電壓源）確保兩只開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力均衡。電路中開(kāi)關(guān)管的位置不同，其箝位電壓源與箝位二極管的接法也不同。文中提取出兩個(gè)三電平開(kāi)關(guān)單元如下圖1所示。圖1(a)中，箝位二極管的陽(yáng)極與箝位電壓源的中點(diǎn)相連，稱之為陽(yáng)極單元;圖1(b)中，箝位二極管的陰極與箝位電壓源的中點(diǎn)相連，稱之為陰極單元。

(a)三電平陽(yáng)極單元 (b)三電平陰極單元

圖1 兩種三電平開(kāi)關(guān)單元

2、Buck三電平變換器

為了確保兩只開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力相等，三電平變換器一般由上述兩種開(kāi)關(guān)單元共同組成。文獻(xiàn)[2]所分析的半橋式三電平變換器的推導(dǎo)思路，可以推廣到所有的直流變換器中，由此提出了一族三電平變換器拓?fù)洹D2為Buck三電平變換器主電路拓?fù)浼捌?個(gè)工作模態(tài)。

模態(tài)1 如圖2(a)所示。在t=0時(shí)刻，觸發(fā)開(kāi)關(guān)管S2，使S2導(dǎo)通，二極管D2則反偏截止，電壓源Vin通過(guò)隔直電容Cb給電感L充電。

模態(tài)2 如圖2(b)所示。在t=t1時(shí)刻，關(guān)斷S2，則D2導(dǎo)通，電路由D1及D2續(xù)流，電感L放電。

模態(tài)3 如圖2(c)所示。直至t=t2時(shí)刻，控制電路使S1導(dǎo)通，二極管D1則反偏截止，隔直電容Cb向電感L放電。

模態(tài)4 如圖2(d)所示。當(dāng)t=t3時(shí)刻，關(guān)斷S1，則D1導(dǎo)通，電路由D1及D2續(xù)流，電感L放電，與模態(tài)2的工作過(guò)程類似。