移相全橋高功率軟開關電源自動轉換方案設計
多個變壓器的這種連接方式,不僅可以使得輸出整流二極管實現自動均流,還可以使得變壓器的設計模塊化,簡化變壓器的制作工藝,降低了損耗?! ?/P>
與一只單個變壓器相比,多個變壓器的這種連接方式,減小了變壓器的變比,增強了變壓器原副邊的磁耦合性,減小了漏感(實際測量8 個變壓器原邊串聯后的漏感為6μH) ,減小了占空比的丟失。圖7 為滿載時變壓器初級電壓波形VP 和次級電壓波形VS ,從圖中可以看到占空比丟失不多(大約為5 %) ,使得系統的性能顯著提高。
圖7 變壓器初級和次級電壓波形圖
5 控制電路的設計
由于在本電源中使用的開關元件的過載承受能力有限,必須對輸出電流進行限制,因此,控制電路采用電壓電流雙環結構(內環為電流環,外環為電壓環) ,調節器均為PID.圖8 為控制電路的原理框圖。加入電流內環后,不僅可以對輸出電流加以限制,并且可以提高輸出的動態響應,有利于減小輸出電壓的紋波。
圖8 控制電路的原理框圖
在實際的控制電路中采用了穩壓、穩流自動轉換方式。圖9 為穩壓穩流自動轉換電路。其工作原理是:穩流工作時,電壓環飽和,電壓環輸出大于電流給定,從而電壓環不起作用,只有電流環工作;在穩壓工作時,電壓環退飽和,電流給定大于電壓環的輸出,電流給定運算放大器飽和,電流給定不起作用,電壓環及電流環同時工作,此時的控制器為雙環結構。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,具體的工作方式由給定電壓、給定電流及負載三者決定。
圖9 穩壓穩流自動轉換電路
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,采用軟開關技術。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實現ZVS .控制芯片采用Unitrode 公司生產的UC3875N。通過移相控制,超前橋臂在全負載范圍內實現了零電壓軟開關,滯后橋臂在75 %以上的負載范圍內實現了零電壓軟開關。圖2 為滯后橋臂IGBT的驅動電壓和集射極電壓波形,可以看出實現了零電壓開通?! ?/P>
6 總結
該電源裝置中,使用移相全橋軟開關技術,使得功率器件實現零電壓軟開關,減小了開關損耗及開關噪聲,提高了效率;設計并使用了一種新穎的高頻功率變壓器,通過調整單個變壓器的原邊電壓使輸出整流二極管實現自動均流;設計并使用了容性功率母排,減小了系統中的振蕩,減小了功率母排的發熱??刂齐娐分胁捎昧朔€壓穩流自動轉換方案,實現了輸出穩壓穩流的自動切換,提高了電源的可靠性及輸出的動態響應,減小了輸出電壓的紋波?! ?/P>
本實驗結果令人滿意,其中功率因數可達0. 92,滿載效率為87%,輸出電壓紋波小于25mV。不僅如此,各項指標都達到甚至超過了用戶要求,而且通過了有關部門的技術鑒定,已批量投入生產。
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