基于SG3525電壓調節芯片的PWM Buck三電平變換器

3 實驗結果和分析

為驗證基于SG3525的PWM Buck三電平變換器的控制可行性，選擇合適的器件參數對電路進行了實驗驗證。輸入電壓為DC90～180V，輸出電壓為DC48V，額定輸出電流為4A，開關頻率為50kHz。

圖6所示的即為基于SG3525的PWM Buck三電平變換器的實驗波形。

(a)ch1－死區波形；ch2－v_gs1；ch3－v_gs2

(b)ch4－v_cd；ch2－v_gs1；ch1－v_ds1

(c)ch1－v_ds2；ch2－v_gs2；ch3－v_ab；ch4－v_ds1

(d)ch1－I_o；ch2－V_o

圖6 PWM Buck三電平變換器實驗結果

從圖6中可以看出，采用SG3525來實現PWM Buck三電平變換器的控制是可行的。

圖6(a)中，SG3525的兩路輸出v_gs1及v_gs2的最大占空比約為48.5％。死區時間可以根據電路需要任意調節。在PWM Buck三電平變換器中，開關頻率為50kHz，從圖中可以看出驅動信號的頻率即為所需。要實現對驅動信號頻率的調節也變得非常簡單，只需要調節SG3525的振蕩器頻率即可。

圖6(b)中，輸入電壓V_in為DC120V，恒流電子I_o負載為4A。v_cd為隔直電容C_b兩端的電壓波形，其平均值為V_in/2，即為輸入電壓的一半。實驗中，v_cd的波形有微小的尖峰。這是由開關管S₂的開通和關斷所引起的。v_gs1為開關管S₁的驅動波形。v_ds1為開關管S₁工作時的漏源極電壓波形，開通及關斷時刻沒有大的尖峰，對開關管而言是比較理想的波形。

圖6(c)中，輸入電壓V_in為DC 120V，恒流電子負載I_o為4A。由v_ds1和v_ds2的波形可以明顯看出兩個開關管的工作情況：開關管S₁和S₂互補導通，而且有共同關斷的時段，此間由二極管D₁和D₂續流，很好地驗證了本文中所分析的4個模態的工作情況。v_gs2即為開關管S₂的驅動波形。v_ab為三電平波形，可見其頻率為開關頻率的2倍。從而大大減小了濾波元件的大小。文獻[3][4]詳細分析了一類零電壓零電流開關復合式全橋三電平DC/DC變換器，該變換器的輸出整流電壓高頻交流分量很小，可以減小輸出濾波器，改善變換器的動態性能；同時其輸入電流脈動很小，可以減小輸入濾波器。文獻[1]詳細論述了Buck三電平變換器和傳統的Buck變換器中濾波器的參數設計的分析和比較。

圖6(d)中，輸入電壓為DC 120V。圖中示意了恒流電子負載I_o從2A跳變到4A時，輸出電壓V_o的瞬態響應曲線。可以看出該PWM Buck三電平變換器電路的抗負載擾動能力比較強，可以較快地穩定在額定輸出的電壓值V_o=48V上。

4 結語

本文首先簡要論述了三電平變換器拓撲的推導過程；接著介紹了Buck三電平變換器的主電路拓撲及其在占空比小于50％時的4個工作模態。詳細分析了如何基于電壓調節芯片SG3525來實現PWM Buck三電平變換器的控制。最后用實驗證明了基于SG3525來實現對PWM Buck三電平變換器的控制是行之有效的，可以大大減小由分立元件實現所帶來的三電平波形不對稱的問題，方法簡單。同樣，基于SG3525的電壓控制方法可以推廣到其它非隔離型的PWM三電平變換器中。