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基于SG3525的高压除尘电源的设计

陈礼俊;兰志勇

【摘要】针对高压电源在不同场合对输电等级与输电功率的不同需求,设计了一种输电可调且功率等级不定的新型高压直流电源.在电源前级引入Zeta斩波电路,用于调节前级直流电压.电源以SG3525为控制核心,通过过流、过压反馈回路,保证电源工作稳定.电源后级由半桥逆变、高频升压、倍压整流3部分组成,并在其中引入高频,有效地减小设计电源的体积.该设计可实现输出直流电压8～12kV可调.实验结果证明,该设计电源输电稳定、纹波电压小、负载能力强,满足高压除尘电源的要求.

【期刊名称】《微型机与应用》

【年(卷),期】2016(035)019

【总页数】4页(P25-27,30)

【关键词】高压电源;SG3525;Zeta斩波

【作者】陈礼俊;兰志勇

【作者单位】湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭411105;湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭411105

【正文语种】中文

【中图分类】TM89

静电除尘是一种清除大气粉尘的有力手段之一，目前已经广泛应用于家用空气净化、工业油烟净化、医用无尘环境、工厂车间除尘等场合[1-2]。近年来随着人们节能环保意识的增强，以及国家对粉尘排放新标准的施行，客观上对静电除尘提出了更高的要求。作为静电除尘装置中关键部分的高压直流电源，更是向着如何更加节能高效的方向发展，以提升静电除尘的性能。

静电除尘电源是静电除尘系统中的关键部分，其性能直接影响除尘器的除尘效果。本文设计了一种新型高压除尘电源，通过调节电源前级斩波电路的占空比，可实现对输出级电压的调节，实现高压隔离调节。同时在处理电压、电流过大，或者欠压等实际问题上，电源中设计多级电压、电流反馈保护回路。

电源电路可分为主电路和保护控制回路。图1为电源整体设计图。电源工作原理：220V/50Hz市电先经全桥整流电路变为310V左右直流电，再通过Zeta斩波电路得到240～360V可调的直流电压。然后直流电压经半桥逆变变为高频交流电，最后通过高频变压器以及倍压整流电路得出所需要的直流高压。同时电源通过电流、电压反馈电路智能调节输电，使电源工作稳定。

主电路主要由整流滤波电路、Zeta斩波电路、半桥逆变电路、高频升压电路以及倍压整流电路组成。在设计倍压电路时，鉴于多级倍压电路存在纹波大、输电不稳等缺点，因此决定采用二倍压电路。

Zeta电路的应用是电源能实现输出电压可调的重要部分，图2为Zeta斩波电路。图中实线箭头表示S开通时的回路，虚线表示的是S关断时的回路。

电路中取电感L1和L2的值相等，而且电感工作在电流连续状态[1-4]。当S开通，E-S-L1、E-S-C1-L2-负载(C2和R)构成回路；当S关断，L1-VD-C1、L2-负载(C2和R)-VD构成回路。当电容C1足够大，UC1的脉动很小，可以认为UC1≈UC1，即得到电路工作时，Zeta电路主要工作波形图，如图3所示。Zeta斩波电路基本工作原理：在S处于通态时，电源向电感L1储能。此时E与C1共同经L2向负载供电。待S关断后，L1向C1充电，并储存到C1，同时L2电流经VD续流。由电感器件的伏秒平衡原理，电路工作在电感电流连续时，电感电压在一周期内平均值为零，即：

Eα-UC1(1-α)=0

(E-UC1-U0)D-U0(1-D)=0

式中α为开关导通占空比，化简得：

U0=(α/1-α)E

由式(3)可得，改变开关导通占空比则可以改变输入半桥逆变的直流电压。将占空比α控制在0.4～0.6之间，即可保证Zeta斩波电路输出电压在240～360V之间。

控制电路主要有两部分，即Zeta斩波控制电路与半桥逆变控制电路。Zeta斩波电路由UC3842芯片控制，通过调节芯片的输出PWM占空比，即可调节斩波输出电压。逆变电路由SG3524芯片控制，经过IR2110驱动半桥开关管[6-7]。

UC3842芯片控制Zeta斩波电路工作，芯片输出PWM的频率由外部定时器件决定，频率公式为：

f=1.8/(RT×CT)kHz

SG3525为半桥逆变电路的控制芯片，通过产生的PWM控制着电路的逆变频率[7-8]。控制脉冲信号PWM的频率可由下式得到：

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

过压保护电路通过可调精密电阻采样，将其采样到的信号输送到线性光耦TLP521-1中。当采样电压过高时，此时由TL431与TLP521-1构成的反馈电路工作，进而使光耦输送给SG3525芯片10脚一个高电平，芯片立即停止工作，11脚和14脚输出的PWM立即消失，逆变电路停止工作，变压器无输出，达到过压保护的目的。

实验采用UC3842芯片来控制Zeta电路的电压输出，采用SG3525为逆变控制器，用于直流变换高频交流。二者在电源中相互独立，但功能上互补，共同保证输电稳