基于SG3525的220V逆变器用直流升压电路的设计与特性分析 - 全文

引言

传统的逆变器在输入电压较小的情况下，一般采用先逆变再工频升压到市电交流220V。由于采用体积笨重，转换效率较低的工频变压器，实际使用效果往往低于预期。

本设计输入端采用4节12V100AH的大容量铅酸电池串联供电，能满足长时间稳定输出1ｋW功率的要求。电路部分由驱动板、功率板和辅助电源三个模块组成，经过不断调试和修正，各功能模块工作稳定，制作出来的样机性能指标均达到预期。

1、直流升压电路整体设计框架

本文所叙述的推挽升压电路框架如图1所示，输入端光伏阵列（验证时用电压变化范围在48～54V之间的蓄电池组代替）额定电压48V，通过电容滤波电路后，由SG3525控制，采用推挽升压拓扑以及初并次串双变压器结构，通过高压反馈调节，得到额定值在350V左右的高压直流。

图1 推挽升压电路框图

2、推挽升压驱动板和功率板的设计

2．1、SG3525驱动板电路设计

图2  SG3525驱动电路

如图2所示，SG3525采用12V直流电压供电，网络标号FB为高压反馈信号，VREF为5V参考电压，SHUT用于关断PWM输出，PWM1和PWM2为两路互补输出脉宽调制信号。PWM输出频率通过芯片引脚5（定时电容CT端）、引脚6（定时电阻RT端，初始值为12ｋΩ）、引脚7（泄放电阻RD端）共同控制，计算公式为：

理论计算值为56ｋHｚ，实测频率为55．3ｋHｚ。死区时间根据MOS管的导通关断时间设置在100NS左右，经验证，符合设计要求。

针对本文设计的推挽升压电路采用双变压器结构，SG3525两路互补输出信号PWM1、PWM2在采用图腾柱结构增大驱动能力的同时，将每一路信号一分为二，如图3所示。试验证明，该驱动板运转良好，在大功率带载的时候仍然能够稳定工作。

图3 互补PWM驱动信号

2．2、升压功率板设计

该设计主体采用推挽结构，并采用双变压器初并次串方式，输出端接桥式整流电路和滤波电容，如图4所示。其中变压器的11和14引脚接MOSFET的D极，并通过PWM波控制MOS管的开关断。

图4  双变压器结构

（1）初级线圈匝数计算

Np＝UinTon/2BmAe

取BM＝0．15T，AE＝354MM2（EE55磁芯截面积），UIN取额定值48V，TON以SG3525振荡频率两倍的倒数作为标准，取值NP＝8。

（2）次级线圈匝数计算

Ns＝UhNp/2Uin

式中，UH为输出的母线高压，设置为350V，求得NS＝30匝。

（3）1ｋW满负荷工作时，流经变压器初级线圈的电流值计算公式为：

IPFT＝1．39×0．5×Po/Uin

经计算可得IPFT＝14．5A。

（4）原边线圈电流有效值

占空比D取经验值0．9，求得IRMS＝9．7A，变压器线圈电流密度设定为5A／MM2，经计算可得初级采用0．1MM×120利兹线2根并绕，次级采用0．1MM×90利兹线单根绕制。为尽量减小初级漏感，变压器采用夹层绕法。

3、实物图和实验结果

如图5所示，本文所述设计由辅助电源（左侧）、升压功率板（右上）、升压驱动板（右下）三部分组成。由SG3525芯片控制的驱动板在辅助电源（输出DC12V）的供电下，对功率板电路的MOSFET进行开关控制，输出端经过整流滤波后输出稳定的高压直流电。

图5  升压电路实物图

SG3525的两路互补PWM信号经驱动增强电路输出波形如图6所示。

图6  互补PWM波形

从图6可以看出，两路PWM信号因带死区时间设置（防止同时导通），占空比均小于50％，输出该PWM波有一个上升高度为1．2V，时间跨度为2．5μS的小毛刺，因不影响电路正常工作，为简化电路，未做特殊处理。

4、结论

本设计主电路采用DC－DC推挽升压拓扑，变压器采取初并次串结构，通过SG3525芯片的高效PWM控制，所设计的直流升压电路输出电压稳定，转换效率高，在光伏逆变以及车载逆变领域有着重要的实际应用价值。