高頻開關(guān)電源雙閉環(huán)反饋并聯(lián)系統(tǒng)

1.前言

高頻開關(guān)電源在二十世紀八十年代進入我國后，由于其具有體積小.重量輕.效率高.噪音低等優(yōu)點，大量地進入我國郵電通訊.電力部門及其它領(lǐng)域，其發(fā)展迅速，市場潛力巨大，取代了許多傳統(tǒng)的中小功率可控硅整流電源.而在傳統(tǒng)的工礦企業(yè)，如電解電鍍.電化.電火花.電池充電.水處理.熱處理.焊接.冶煉等諸多領(lǐng)域，目前還在大量使用傳統(tǒng)的可控硅整流電源，不符合國家環(huán)保節(jié)能的政策.目前市場上的單臺高頻開關(guān)電源功率受到器件的約束及其它因素的限制，難以在大功率(50KW以上)場合實用需要.為了把功率做大，簡單的方法就是把許多單臺高頻開關(guān)電源，將其輸出簡單并聯(lián)，形成擴流輸出.但這種方法有一個局限性，那就是并聯(lián)后的系統(tǒng)只能是穩(wěn)流輸出，而不能適應(yīng)穩(wěn)壓輸出的應(yīng)用場合.本文設(shè)計思想就是在上述簡單并聯(lián)后的基礎(chǔ)上，再單獨設(shè)計一個輸出電壓負反饋系統(tǒng)，利用電壓反饋系統(tǒng)的輸出來控制各臺高頻開關(guān)電源，形成雙閉環(huán)反饋，從而達到并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)壓輸出.由于單臺高頻開關(guān)電源的工作原理眾所周知，故以下著重從自動控制系統(tǒng)原理方面介紹并聯(lián)系統(tǒng)的工作原理.

2.系統(tǒng)控制原理圖

并聯(lián)系統(tǒng)的自動控制原理如圖1所示.

在自動控制電機直流調(diào)速系統(tǒng)中，有一種轉(zhuǎn)速.電流雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)，又稱串級系統(tǒng).

外環(huán)是轉(zhuǎn)速反饋，內(nèi)環(huán)是電流反饋.任何系統(tǒng)內(nèi)外擾動或電網(wǎng)電流變化造成的轉(zhuǎn)速變化，都能通過外環(huán)或內(nèi)環(huán)的反饋系統(tǒng)調(diào)節(jié)，達到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速輸出.本文正是基于此設(shè)計思想，設(shè)計了如圖1的高頻開關(guān)電源雙閉環(huán)反饋并聯(lián)自動控制系統(tǒng).圖中各臺高頻開關(guān)電源本身就是可以獨立工作的，且內(nèi)部形成電壓或電流負反饋系統(tǒng).并聯(lián)系統(tǒng)電壓反饋屬于外環(huán)，內(nèi)環(huán)由高頻開關(guān)電源內(nèi)部形成.這種并聯(lián)系統(tǒng)之所以簡單，就是在單臺獨立工作的電源基礎(chǔ)上，把輸出端簡單并聯(lián)在一起.而輸入端的給定由外環(huán)統(tǒng)一加到各臺獨立的高頻開關(guān)電源.

圖1中虛線框內(nèi)1#.2#.…….N#為各臺高頻開關(guān)電源，其內(nèi)部自動控制原理圖簡化為一階系統(tǒng)比例積分環(huán)節(jié)，所以各臺高頻開關(guān)電源的穩(wěn)流或穩(wěn)壓精度很高.圖中它們工作在穩(wěn)流狀態(tài)下.

3.系統(tǒng)工作設(shè)計原理

3.1 單臺高頻開關(guān)電源設(shè)計及總體框圖

單臺高頻開關(guān)電源的技術(shù)指標：

輸入電壓：380V,50HZ

輸出電壓：DC 18V

輸出電流：DC 800A

限流值：850A

限壓值：18.5V

保護：過流保護.熱保護.過壓保護.欠壓保護

轉(zhuǎn)換效率：>80%

單臺高頻開關(guān)電源總體框圖如圖2所示.

整機電路可分為變換主回路和控制電路兩大部分.交流380V電壓經(jīng)輸入電源濾波器.輸入直流整流濾波得到550V左右的直流電壓，供給脈寬調(diào)制器，它有兩組IGBT模塊.高頻變壓器及輸出整流濾波組成.

由PWM控制電路提供交變脈沖經(jīng)驅(qū)動電路來控制IGBT模塊的通斷，將直流電壓變換成交變的20KHZ脈沖電壓，經(jīng)高頻變壓器隔離變換成所需的電壓，再經(jīng)輸出整流二極管全波整流，得到平均幅值為18V的直流電壓.

控制電路由PWM控制電路.驅(qū)動電路.反饋取樣電路.限流限壓電路及輔助電源組成.

PWM控制電路輸出兩路彼此相位差180度，并有一定死區(qū)的脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路放大，控制主回路IGBT模塊的通斷.為了得到穩(wěn)定的輸出電壓或電流，對輸出電壓或電流進行采樣.反饋，與基準值比較.放大，控制PWM電路的脈沖寬度，調(diào)整IGBT的占空比來實現(xiàn)穩(wěn)壓或穩(wěn)流.同時通過軟啟動.過流過壓保護.短路保護及限壓限流電路對電源本身實施保護措施.