基于SG3525的220V逆变器用直流升压电路的设计与特性分析
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。
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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。
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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。
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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。
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