CN104242667A - 基于sg2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法，针对光伏组件直流输出电压一般为200VDC-1000VDC的高电压、超宽输入范围的特性，将200VDC-1000VDC的高压转变为5V、-5V的低压，自制DC/DC电源，包括推挽隔离式电源、15V电压输出、±5V输出、磁芯选择、变压器匝数的选择。本发明输入电压高范围宽，成本较低，采用了过压过流保护，经过变压器输出相互隔离，因此抗干扰能力强，能够使负载稳定工作，同时方便维修。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业电源领域的技术运用，尤其涉及一种基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法。
背景技术
目前,传统能源供应日趋紧张,迫使人们将目光投向可再生能源,希望可再生能源能够改变现有的能源结构,维持长远的可持续发展.其中太阳能以其独特的优势成为全球可持续发展战略的重要组成部分。
光伏发电是是指利用光伏组件的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能。
光伏发电系统包括光伏组件和控制器、逆变器等部件，为了减少光伏组件与逆变器之间连接线,方便维护,提高可靠性,提出了一种有效连接光伏组件与逆变器的光伏汇流箱装置。光伏汇流箱由数据采集模块、数据显示模块，通讯模块、电源模块组成。电源模块要为前面三个功能模块提供5V、-5V的电源，如果采用现成(即外购)的电源模块，整个系统供电模块成本较高。针对目前光伏组件直流输出电压一般为200VDC-1000VDC的高电压、超宽输入范围的特性,如果采用自制DC/DC电源，可直接从光伏组件上取电作为自制DC/DC的输入,此DC/DC电源三路输出，各路独立电气隔离。因此需将200VDC-1000VDC的高压转变为5V、-5V的低压。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法。
本发明的技术解决方案是：基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法，针对光伏组件直流输出电压一般为200VDC-1000VDC的高电压、超宽输入范围的特性,将200VDC-1000VDC的高压转变为5V、-5V的低压，自制DC/DC电源，可直接从光伏组件上取电作为自制DC/DC的输入,此DC/DC电源三路输出，各路独立电气隔离；包括推挽隔离式电源、15V电压输出、±5V输出、磁芯选择、变压器匝数的选择。
所述推挽隔离式电源是由PWM芯片SG2525构成的推挽隔离式电源；SG2525的11脚和14脚产生两路反向方波，经过由2N5551和2N5401构成图腾柱式的直接推挽电路，经过自制变压器T1来控制半桥电路中的MOSFET的导通与关断；采用推挽变换电路，MOSFET可以轮流交替工作，输出方波，其输出波形对称，并且开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出，因此其输出电流瞬间响应速度高，电压输出特性良好；SG2525的启动是经过一个自制启动电路实现，该启动电路由光伏组件输入经过分压电阻，稳压管得到大约18V的电压作为SG2525的输入电压，芯片开始工作，输出方波，则半桥电路开始工作，产生的15V电压，又会给SG2525供电，这样驱动电路就会切断，整个系统形成了一个闭环，同时此模块电路中还设计过压过流保护功能。
所述15V电压输出：半桥电路输出接自制变压器T2的初级绕组，次级绕组得到幅值为15V左右的方波，经过桥式整流电路，得到15VDC的输出电压，此电压经过反馈回路，反馈到SG2525的1脚和9脚，调节控制SG2525的输出方波占空比来稳定输出电压。
所述±5V输出：由PWM芯片UC2845构成单端反激电路，该PWM芯片的工作电压由15VDC经过分压电阻提供，UC2845的6脚产生的PWM方波控制单端反激电路中的MOSFET的导通与关断，输出方波，使变压器T3初级绕组得电，驱动三个次级绕组，分别经过相应的整流及稳压电路得到所需的±5V，5V的电压。
所述磁芯选择：当变压器效率为80％，窗口使用系数为0.4，当输入电压为Vin(min)＝15V时，每个开关管在其半周期内的占空比最大，若为0.8T/2，则变压器的磁芯P0＝0.001BfAeAb/D，其中，B为最大磁感应强度，f为变压器工作频率，Ae为变压器磁芯的有效截面积，Ab为变压器磁芯的窗口面积，D为绕线电流密度，取500圆密尔每有效值安培；选取的磁芯材料为PC40；磁芯型号为EE42/21/20，该磁芯的有效截面积A，＝2.35crfl2，窗口面积A6＝2.75em2。
所述变压器匝数的选择：初级匝数Np可由法拉第定律得Np＝Vin(min)*(0.8T/2)*108/Ae*ΔB＝1.77,式中，Vin(min)为输入电压的最小值，T为周期，Ae为磁芯有效截面积，ΔB为0.8T/2时间内的磁通变化，因此T1的初级绕组匝数34，次级绕组匝数39；T2的初级绕组匝数201，次级绕组匝数24；T3的初级绕组匝数为22，次级绕组匝数为30和28。
本发明的有益效果是：
a、本发明输入电压高范围宽，成本较低，采用了过压过流保护，经过变压器输出相互隔离，因此抗干扰能力强，能够使负载稳定工作，同时方便维修；
b、本发明运用集成开关电源芯片，克服以往开关电源设计中外围元件和辅助电路复杂等问题，使开关电源高效化、模块化，缩短了研发周期；
c、SG2525是电流控制型PWM控制器，可在其脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比，使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化；
d、电源结构上有电压环和电流环双环系统，因此，开关电源无论是电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高。
附图说明
图1为本发明DC/DC电源模块供电示意图；
图2为本发明基于SG2525的推挽隔离式电源拓扑图；
图3为本发明SG2525的11脚和14脚的输出波形图；
图4为本发明半桥电路中MOSFET的栅极驱动电压波形图；
图5为本发明15V电压输出拓扑图；
图6为本发明±5V电压输出拓扑图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细说明。
如图1至图4所示，基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法，针对光伏组件直流输出电压一般为200VDC-1000VDC的高电压、超宽输入范围的特性,将200VDC-1000VDC的高压转变为5V、-5V的低压，自制DC/DC电源，可直接从光伏组件上取电作为自制DC/DC的输入,此DC/DC电源三路输出，各路独立电气隔离；包括推挽隔离式电源、15V电压输出、±5V输出、磁芯选择、变压器匝数的选择。
所述推挽隔离式电源是由PWM芯片SG2525构成的推挽隔离式电源；SG2525的11脚和14脚产生两路反向方波，经过由2N5551和2N5401构成图腾柱式的直接推挽电路，经过自制变压器T1来控制半桥电路中的MOSFET的导通与关断；采用推挽变换电路，MOSFET可以轮流交替工作，输出方波，其输出波形对称，并且开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出，因此其输出电流瞬间响应速度高，电压输出特性良好；SG2525的启动是经过一个自制启动电路实现，该启动电路由光伏组件输入经过分压电阻，稳压管得到大约18V的电压作为SG2525的输入电压，芯片开始工作，输出方波，则半桥电路开始工作，产生的15V电压，又会给SG2525供电，这样驱动电路就会切断，整个系统形成了一个闭环，同时此模块电路中还设计过压过流保护功能。
如图5至图6所示，所述15V电压输出：半桥电路输出接自制变压器T2的初级绕组，次级绕组得到幅值为15V左右的方波，经过桥式整流电路，得到15VDC的输出电压，此电压经过反馈回路，反馈到SG2525的1脚和9脚，调节控制SG2525的输出方波占空比来稳定输出电压。
所述±5V输出：由PWM芯片UC2845构成单端反激电路，该PWM芯片的工作电压由15VDC经过分压电阻提供，UC2845的6脚产生的PWM方波控制单端反激电路中的MOSFET的导通与关断，输出方波，使变压器T3初级绕组得电，驱动三个次级绕组，分别经过相应的整流及稳压电路得到所需的±5V，5V的电压。
所述磁芯选择：当变压器效率为80％，窗口使用系数为0.4，当输入电压为Vin(min)＝15V时，每个开关管在其半周期内的占空比最大，若为0.8T/2，则变压器的磁芯P0＝0.001BfAeAb/D，其中，B为最大磁感应强度，f为变压器工作频率，Ae为变压器磁芯的有效截面积，Ab为变压器磁芯的窗口面积，D为绕线电流密度，取500圆密尔每有效值安培；选取的磁芯材料为PC40；磁芯型号为EE42/21/20，该磁芯的有效截面积A，＝2.35crfl2，窗口面积A6＝2.75em2。
所述变压器匝数的选择：初级匝数Np可由法拉第定律得Np＝Vin(min)*(0.8T/2)*108/Ae*ΔB＝1.77,式中，Vin(min)为输入电压的最小值，T为周期，Ae为磁芯有效截面积，ΔB为0.8T/2时间内的磁通变化，因此T1的初级绕组匝数34，次级绕组匝数39；T2的初级绕组匝数201，次级绕组匝数24；T3的初级绕组匝数为22，次级绕组匝数为30和28。
本发明输入电压高范围宽，成本较低，采用了过压过流保护，经过变压器输出相互隔离，因此抗干扰能力强，能够使负载稳定工作，同时方便维修；本发明运用集成开关电源芯片，克服以往开关电源设计中外围元件和辅助电路复杂等问题，使开关电源高效化、模块化，缩短了研发周期；SG2525是电流控制型PWM控制器，可在其脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比，使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化；电源结构上有电压环和电流环双环系统，因此，开关电源无论是电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法，其特征在于：将200VDC-1000VDC的高压转变为5V、-5V的低压，自制DC/DC电源，包括推挽隔离式电源、15V电压输出、±5V输出、磁芯选择、变压器匝数的选择。
2.根据权利要求1所述的基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法，其特征在于，推挽隔离式电源模块是由PWM芯片SG2525构成的推挽隔离式电源；SG2525的11脚和14脚产生两路反向方波，经过由2N5551和2N5401构成图腾柱式的直接推挽电路，经过自制变压器T1来控制半桥电路中的MOSFET的导通与关断；SG2525的启动是经过一个自制启动电路实现，该启动电路由光伏组件输入经过分压电阻，稳压管得到大约18V的电压作为SG2525的输入电压，芯片开始工作，输出方波，则半桥电路开始工作，产生的15V电压，又会给SG2525供电，这样驱动电路就会切断，整个系统形成了一个闭环，同时此模块电路中还设计过压过流保护功能。
3.根据权利要求1所述的基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法，其特征在于，15V电压输出：半桥电路输出接自制变压器T2的初级绕组，次级绕组得到幅值为15V左右的方波，经过桥式整流电路，得到15VDC的输出电压，此电压经过反馈回路，反馈到SG2525的1脚和9脚，调节控制SG2525的输出方波占空比来稳定输出电压。
4.根据权利要求1所述的基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法，其特征在于，±5V输出：由PWM芯片UC2845构成单端反激电路，该PWM芯片的工作电压由15VDC经过分压电阻提供，UC2845的6脚产生的PWM方波控制单端反激电路中的MOSFET的导通与关断，输出方波，使变压器T3初级绕组得电，驱动三个次级绕组，分别经过相应的整流及稳压电路得到所需的±5V，5V的电压。
5.根据权利要求1所述的基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法，其特征在于，磁芯选择：当变压器效率为80％，窗口使用系数为0.4，当输入电压为Vin(min)＝15V时，每个开关管在其半周期内的占空比最大，若为0.8T/2，则变压器的磁芯P0＝0.001BfAeAb/D，其中，B为最大磁感应强度，f为变压器工作频率，Ae为变压器磁芯的有效截面积，Ab为变压器磁芯的窗口面积，D为绕线电流密度，取500圆密尔每有效值安培；选取的磁芯材料为PC40；磁芯型号为EE42/21/20，该磁芯的有效截面积A，＝2.35crfl2，窗口面积A6＝2.75em2。
6.根据权利要求1所述的基于SG2525的推挽隔离式电源高压宽范围输入方法，其特征在于，变压器匝数的选择：初级匝数Np可由法拉第定律得Np＝Vin(min)*(0.8T/2)*108/Ae*ΔB＝1.77,式中，Vin(min)为输入电压的最小值，T为周期，Ae为磁芯有效截面积，ΔB为0.8T/2时间内的磁通变化，因此T1的初级绕组匝数34，次级绕组匝数39；T2的初级绕组匝数201，次级绕组匝数24；T3的初级绕组匝数为22，次级绕组匝数为30和28。
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