雙H橋雙峰雙向脈沖電鍍電源設(shè)計(jì)與仿真

摘要：為了使脈沖電鍍電源輸出頻率可調(diào)，電壓可調(diào)，正向脈沖開啟時(shí)間寬度和負(fù)向脈沖開啟時(shí)間寬度可調(diào)的雙峰雙脈沖。特此提出了一種綠色可靠、節(jié)能高效的新設(shè)計(jì)方案，第一個(gè)H橋采用ZVZCSPWM DC／DC變換器時(shí)輸入的直流電壓進(jìn)行降壓，變成高頻交漉脈沖電壓，然后經(jīng)過高頻變壓器的隔離和耦合，再通過橋式整流濾波得到穩(wěn)定的直流電壓，最后經(jīng)過第二個(gè)H橋進(jìn)行切換，得到任意頻率，任意占空比的雙峰雙向脈沖。實(shí)驗(yàn)證明應(yīng)用該方案能降低開關(guān)管的開關(guān)損耗，降低元器件的要求，能將電源的效率提高到90％以上，同時(shí)由于此電源具有脈沖換向功能，在電鍍時(shí)，大大增加了貴金屬的利用效率。
關(guān)鍵詞：全橋移相軟開關(guān)；雙H橋；雙峰雙向；PSIM；雙向多脈沖

由于脈沖電源擁有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，因此研制高頻高效、綠色可靠、智能化、輸出特性優(yōu)良的脈沖電源對工程應(yīng)用有重要的實(shí)際意義。同時(shí)，脈沖電源的研究涉及電力電子、新型功率開關(guān)器件的應(yīng)用、自動控制技術(shù)、電磁理論、材料科學(xué)和電路系統(tǒng)建模、優(yōu)化等多方面內(nèi)容，因此具有廣泛的理論和學(xué)術(shù)意義。雙峰雙向脈沖電鍍電源與傳統(tǒng)的充電電源相比，雙脈沖雙極性正負(fù)換向脈沖電源采用電源脈沖換向功能，在電鍍時(shí)使鍍層凸處被強(qiáng)烈溶解而整平，提高電鍍質(zhì)量，節(jié)約貴重金屬。能夠取得更好的電鍍效果及節(jié)能效果，對電網(wǎng)的污染小，特別是應(yīng)用在精密公差要求的一些特殊工件電鍍，以及一些直流電源電鍍不能得到理想效果的場合，如：連接器及其針腳、精密圖案、電路板過孔、微波電路板、多層板等等。同時(shí)，新技術(shù)的應(yīng)用將減少電鍍電源對電網(wǎng)的污染，增加貴金屬的利用效率，減少企業(yè)成本，保護(hù)環(huán)境資源。

1 主電路結(jié)構(gòu)
主電路如圖1所示，第一個(gè)H橋采用全橋移相軟開關(guān)ZVZCS PWM DC／DC變換器進(jìn)行降壓，得到高頻交流脈沖電壓，然后經(jīng)過高頻變壓器的隔離、降壓，再經(jīng)過橋式整流濾波得到穩(wěn)定的直流電壓，此處的橋式整流二極管為快速恢復(fù)二極管，能對高頻變壓器耦合過來的高頻交流脈沖做出快速反應(yīng)，并且在快速回復(fù)二極管上接入RC吸收網(wǎng)絡(luò)，抑制其寄生振蕩，減小尖峰電壓。然后將整流濾波得到的直流電壓送往第二個(gè)H橋進(jìn)行切換，獲得任意頻率，任意占空比的雙峰雙向脈沖。該電路中，第一個(gè)H橋由于采用軟開關(guān)，避免了開關(guān)器件大電流與高電壓同時(shí)出現(xiàn)的硬開關(guān)狀態(tài)、抑制感性關(guān)斷電壓尖峰和容性開通時(shí)管溫過高，減小了開關(guān)損耗與干擾，同時(shí)降低了開關(guān)管的要求。通過兩個(gè)H橋的巧妙結(jié)合，既大大提高了電源的效率，又節(jié)約了電源制作的成本。

2 全橋移相軟開關(guān)變換器工作原理及波形
在一個(gè)開關(guān)周期中，全橋移相軟開關(guān)變換器共有10種開關(guān)模式。在分析之前作如下假設(shè)：
阻斷電容Cb足夠大；
為變壓器初、次級繞組匝數(shù)比；
所有開關(guān)管、二極管為理想器件，電容、電感為理想元件。
1)開關(guān)模式0(to時(shí)刻)在to時(shí)刻，Vg1和Vg4導(dǎo)通，變壓器初級電流ip給阻斷電容Cb充電。變壓器初級側(cè)電流Ipo=Io／n。阻斷電容Cb電壓為UCb(to)。
2)開關(guān)模式1(to，t1)在to時(shí)刻，關(guān)斷Vg1，ip從Vg1轉(zhuǎn)移到C2和C1，給C1充電，C2放電。在這個(gè)時(shí)段，Llk和L是串聯(lián)的，而且L很大，可以認(rèn)為ip近似不變，類似于一個(gè)恒流源，其大小為Ipo=Io／n。變壓器初級側(cè)電流ip繼續(xù)給阻斷電容Cb充電。C1的電壓從零開始線性上升，C2的電壓從Uin開始線性下降，Vg1是零電壓關(guān)斷。