基于SG3525的电机刹车系统电源设计

近年来，功率电子器件、PWM技术在电子技术方面及电源系统上的应用越来越成熟。本文采用SG3525控制器设计电机刹车系统的脉冲电源，其是目前较为理想的一种电机刹车系统电源。该电路具有体积小、控制方便、系统稳定、性能可靠等特点。

1 SG3525的结构及主要性能

SG3525是电流控制型PWM脉宽调制控制器，其不仅可通过调节外接电阻大小的方式来调节死区时间，还具有软起动方式和脉冲控制封锁保护等功能。通过调节SG3525第5脚上CT的电容和第6脚上RT的电阻，便可改变输出控制信号PWM的频率，调节第9脚COMP的电压可改变输出脉宽，通过以上功能可大幅改善开关电源的动态性能，并简化控制电路的设计。其外接电路结构简单且使用方便，输出驱动为拉输出形式，增加了驱动能力。内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、锁存器。此外，其还具备过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。其内部结构如图1所示。

13脚的输出电压Vc作为基准电压调整器15脚的输入电压。当Vc>8 V时，基准电压调整器的16脚输出幅值为5.1 V、精度为+1%。当Vc8 V时，基准电压调整器的输出降低、精度也会下降。由于芯片内部有欠压锁定器的存在，当15引脚出现欠压时，欠压锁定器输出一个高电平。经过一个或非门后变为一个低电平输入到T1和T5的基极，使T1和T5关断，13脚输出为Vc，11脚和14脚脉冲禁止。功率驱动电路输出至功率场效应管的控制脉冲消失，变换器无电压输出，从而实现了欠压锁定保护的目的。

SG3525内部的晶体管T3基极通过一个电阻与芯片的10脚相连，当系统有过流信号时，输出一个高电平经过电阻与欠压锁定的输出端的或非门相连，结果也导致11脚和14脚的输出禁止，达到保护的目的。

芯片的软启动功能主要是由8脚的外接电容C3和晶体管T3实现。当系统出现欠压时，系统的欠压锁定器输出一个高电平到T3的基极，使T3导通，此时C3开始放电。当C3电压放到为零时，PWM比较器输出一个高电平，经过PWM锁存器后，此高电平接到两个或非门，使T1和T5截止，11脚和14脚脉冲禁止。当过压信号正常时，欠压锁定器输出的低电平使T3截止，C3缓慢充电。当C3充电至高电平时，PWM比较器输出低电平，经PWM锁存器后，使T1和T5恢复正常工作状态。

2 系统结构设计

SG3525芯片需要的供电电流较小，为十几mA，所以其供电电源由24 V电源通过稳压芯片78M15由24 V转为15 V供给。通过对5脚、6脚和7脚设置11脚和14脚的输出频率。产生的两路方波信号分别控制两个MOSFET管，接到脉冲变压器的输入两端。脉冲变压器的输入端中间触头接由24 V转化而来的15 V电源，脉冲变压器的两个输出分别接两个IGBT，从而对由380 V交流电压经整流桥整流后的540 V直流电压进行斩波，形成电机所需的额定电压。电机得电后刹车系统松离，电机运行;失电时呈抱死状态，电机停止运行。系统结构如图2所示。

2.1 驱动设计

如图2所示，系统以SG3525为主控制芯片，通过设置5脚、6脚和7脚的电阻和电容的参数，控制芯片的输出方波频率。11脚和14脚方波输出频率为3脚振荡器锯齿波的1/2。振荡器输出频率为f，11脚和14输出的频率为f0

f=1/[CT(0.7RT+3RD)] (1)

fo=f/2 (2)

其中，CT，RT和RD分别为5脚外接电容C9，6脚外接电阻R20和5脚与7脚之间跨接的电阻R39。考虑到IGBT的开关损耗和脉冲变压器的体积大小，选C9=2.4 nF，R20=10 kΩ，R39=100 Ω，可得到11脚和14脚的输出频f0=30 kHz。

电路的软启动电容C10为4.7μF，只有当此电容充电到控制芯片8脚为高电平时，芯片才能正常工作。11脚和14脚构成推挽式输出，两个MOSFET管依次导通和截止。当Q2门极为高电平时，Q2导通，此时Q3截止。脉冲变压器中问触头15 V电源通过变压器的上半部分和Q2形成回路。此时，脉冲变压器的输出端同名端5脚和1脚产生约15 V的电压，此电压通过滤波后可驱动IGBT导通;当Q2门极为低电平时，Q2截止，此时Q3门极为高电平，Q3导通。脉冲变压器的中间触头15 V电源通过脉冲变压器下半部分和Q3形成回路。此时，脉冲变压器输出端6脚和2脚产生约15 V的电压，此电压加到IGBT的发射极上，使IGBT能够可靠截止。

2.2 整流电路

系统整流电路如图3所示，三相交流电经EMI滤波电感滤波后，大幅减小了交流成分产生的电磁干扰，同时也防止产生了谐波干扰。在EMI输出端接入一个小容量耐高压的无感电容，消除高频干扰。为了提高电容的容量和耐压值，在整流桥输出端接两个并联的耐高压的大电容，C20和C27的容量要足够大，以减小输出电压的纹波和低频振荡。但C20和C27不能无限大，为了达到系统输出电压纹波输出要求，此电容应满足

式中，C为滤波电容，单位为F;f为整流电路脉冲频率，单位Hz;U为整流电路最大输出电压，单位V;I为整流电路最大输出电流，单位A。ACv为纹波系数，单位是%。

2.3 BUCK电路

电机制动系统是在电机的尾部有一个电磁报刹系统，当电磁报刹系统得电时，刹片分离，电机运行;失电时，报刹片在弹簧的作用下使电机制动。所选刹车的励磁线圈的额定电压为直流190 V，额定电流为0.55 A。而系统的电源为AC380V交流电，所以必须要经过整流和降压后，使输出的电压约为190 V直流电时，才能保证电机能正常运行。

在系统结构图2中，斩波降压电路选用的开关管为IGBT，选用两IGBT，提高了系统的可靠性。380 V交流电源通过三相硅桥整流为540 V直流电压后接到IGBT的集电极，发射极接滤波电感和电容，门极接脉冲变压器的输出端，作为IGBT的驱动。负载为直流电机的线圈，所选的直流电机的额定电压为190 V，所以要求方波信号的占空比为