一種低漂移對(duì)稱大功率高壓直流變換器的設(shè)計(jì)

摘要：在UPS電源或DC／AC變換器設(shè)計(jì)中，需要正負(fù)對(duì)稱的直流高壓，該電壓經(jīng)逆變器后獲得50 Hz(或其他頻率)的正弦電壓。為保證負(fù)載和變換器本身可靠工作，要求輸出交流電壓的直流分量足夠小，因此獲得高度平衡對(duì)稱的直流高壓是減小直流分量的必要條件。詳細(xì)介紹了一種對(duì)稱的大功率高壓直流變換器技術(shù)方案，它通過對(duì)稱Boost變換器和脈沖變壓器采樣反饋技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低漂移、大功率、寬輸入范圍、輸出不平衡度很小的直流高壓。詳細(xì)描述了主要參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，最后給出了測(cè)試結(jié)果。
關(guān)鍵詞：變換器；對(duì)稱直流高壓；直流分量；低漂移

1 引言
在UPS或DC／AC設(shè)計(jì)中，需將輸入220 V交流電壓或蓄電池電壓轉(zhuǎn)換為±375 V的直流電壓，然后交流變換器將直流電壓變換為220 V／380 V，50 Hz的正弦交流電壓，這種交流電壓往往會(huì)產(chǎn)生直流分量。交流電壓的直流分量對(duì)感性負(fù)載和變換器本身具有極大的危害；它一方面容易使磁性器件產(chǎn)生偏磁飽和，另一方面可使變換器本身過載損壞。這種直流分量在10 s內(nèi)應(yīng)小于均方根值的0．1％，這就要求變換器的輸入直流電壓不對(duì)稱偏差不大于交流輸出有效值的0．314％。為此，需設(shè)計(jì)一個(gè)低漂移、高度對(duì)稱的高壓大功率直流升壓變換器。

2 升壓變換器方案選擇
實(shí)現(xiàn)高頻大功率升壓變換器的典型方法有推挽、半橋、全橋和Boost變換等幾種方法。推挽、半橋和全橋拓?fù)涞墓餐秉c(diǎn)是：①它們都需要一個(gè)升壓變壓器，次級(jí)又需兩個(gè)對(duì)稱的升壓繞組。由于功率大，除了制造困難和體積大外，還會(huì)增加漏感，漏感會(huì)產(chǎn)生很大du／dt，對(duì)功率器件的安全工作和EMI產(chǎn)生不利影響；②電路不能實(shí)現(xiàn)正、負(fù)對(duì)稱輸出。由于輸出繞組不能做到完全對(duì)稱，而控制電路又不能對(duì)輸出電壓進(jìn)行單獨(dú)控制，故正負(fù)電壓必然產(chǎn)生誤差；半橋電路的初級(jí)電壓由電容分壓取得，更不易保證對(duì)稱輸出。另外，全橋電路驅(qū)動(dòng)復(fù)雜，成本高，損耗大；③可能發(fā)生磁性器件階梯性飽和，威脅功率器件的可靠工作。
對(duì)稱Boost變換器完全采用電子電路，雖然不能做到電路參數(shù)和輸入電壓的完全對(duì)稱，但由于有兩個(gè)相互獨(dú)立的采樣、反饋控制回路，使輸出電壓的平衡性不受電路元件參數(shù)離散性影響。

3 采樣反饋方案選擇
3．1 線性光耦采樣反饋電路
線性光耦是低壓開關(guān)電源常用的隔離反饋器件，以其價(jià)格低廉和電路簡(jiǎn)單得到普遍應(yīng)用。然而其穩(wěn)定性和精度不適合要求較高的場(chǎng)合。光電隔離器傳輸特性如圖1所示，可見，電流傳輸比Di在if為5 mA，10 mA時(shí)分別約為1，0．67(uce=5 V)，同時(shí)uce的變化對(duì)其他參數(shù)也有較大影響；當(dāng)溫度從0～50℃變化時(shí)，Di從1．05變?yōu)?．9。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，由于其參數(shù)的離散性、時(shí)間和溫度的變化引起的不平衡度會(huì)增加到5．6％，因此光耦不適合高壓隔離取樣。