移相全橋高功率軟開(kāi)關(guān)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì)

多個(gè)變壓器的這種連接方式，不僅可以使得輸出整流二極管實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流，還可以使得變壓器的設(shè)計(jì)模塊化，簡(jiǎn)化變壓器的制作工藝，降低了損耗。　　

與一只單個(gè)變壓器相比，多個(gè)變壓器的這種連接方式，減小了變壓器的變比，增強(qiáng)了變壓器原副邊的磁耦合性，減小了漏感（實(shí)際測(cè)量8 個(gè)變壓器原邊串聯(lián)后的漏感為6μH） ,減小了占空比的丟失。圖7 為滿載時(shí)變壓器初級(jí)電壓波形VP 和次級(jí)電壓波形VS ,從圖中可以看到占空比丟失不多（大約為5 %） ,使得系統(tǒng)的性能顯著提高。

圖7 　變壓器初級(jí)和次級(jí)電壓波形圖

5 控制電路的設(shè)計(jì)　　

由于在本電源中使用的開(kāi)關(guān)元件的過(guò)載承受能力有限，必須對(duì)輸出電流進(jìn)行限制，因此，控制電路采用電壓電流雙環(huán)結(jié)構(gòu)（內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為電壓環(huán)） ,調(diào)節(jié)器均為PID.圖8 為控制電路的原理框圖。加入電流內(nèi)環(huán)后，不僅可以對(duì)輸出電流加以限制，并且可以提高輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，有利于減小輸出電壓的紋波。

圖8 　控制電路的原理框圖

在實(shí)際的控制電路中采用了穩(wěn)壓、穩(wěn)流自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式。圖9 為穩(wěn)壓穩(wěn)流自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路。其工作原理是：穩(wěn)流工作時(shí)，電壓環(huán)飽和，電壓環(huán)輸出大于電流給定，從而電壓環(huán)不起作用，只有電流環(huán)工作；在穩(wěn)壓工作時(shí)，電壓環(huán)退飽和，電流給定大于電壓環(huán)的輸出，電流給定運(yùn)算放大器飽和，電流給定不起作用，電壓環(huán)及電流環(huán)同時(shí)工作，此時(shí)的控制器為雙環(huán)結(jié)構(gòu)。這種控制方式使得輸出電壓、輸出電流均限制在給定范圍內(nèi)，具體的工作方式由給定電壓、給定電流及負(fù)載三者決定。

圖9 　穩(wěn)壓穩(wěn)流自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路

由于本電源的容量為60kW,為了提高效率、減小體積、提高可靠性，因此，采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。高頻全橋逆變器的控制方式為移相FB2ZVS 控制方式[1 ] ,它利用變壓器的漏感及管子的寄生電容諧振來(lái)實(shí)現(xiàn)ZVS .控制芯片采用Unitrode 公司生產(chǎn)的UC3875N。通過(guò)移相控制，超前橋臂在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開(kāi)關(guān)，滯后橋臂在75 %以上的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開(kāi)關(guān)。圖2 為滯后橋臂IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓和集射極電壓波形，可以看出實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)通。　　

6 總結(jié)　　

該電源裝置中，使用移相全橋軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，使得功率器件實(shí)現(xiàn)零電壓軟開(kāi)關(guān)，減小了開(kāi)關(guān)損耗及開(kāi)關(guān)噪聲，提高了效率；設(shè)計(jì)并使用了一種新穎的高頻功率變壓器，通過(guò)調(diào)整單個(gè)變壓器的原邊電壓使輸出整流二極管實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流；設(shè)計(jì)并使用了容性功率母排，減小了系統(tǒng)中的振蕩，減小了功率母排的發(fā)熱?？刂齐娐分胁捎昧朔€(wěn)壓穩(wěn)流自動(dòng)轉(zhuǎn)換方案，實(shí)現(xiàn)了輸出穩(wěn)壓穩(wěn)流的自動(dòng)切換，提高了電源的可靠性及輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，減小了輸出電壓的紋波?！　?/P>

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意，其中功率因數(shù)可達(dá)0. 92，滿載效率為87%，輸出電壓紋波小于25mV。不僅如此，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到甚至超過(guò)了用戶要求，而且通過(guò)了有關(guān)部門(mén)的技術(shù)鑒定，已批量投入生產(chǎn)。