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(jì)八十年代進(jìn)入我國(guó)后，由于其具有體積小.重量輕.效率高.噪音低等優(yōu)點(diǎn)，大量地進(jìn)入我國(guó)郵電通訊.電力部門及其它領(lǐng)域，其發(fā)展迅速，市場(chǎng)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(guó)家環(huán)保節(jié)能的政策.目前市場(chǎng)上的單臺(tái)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(chǎng)合實(shí)用需要.為了把功率做大，簡(jiǎn)單的方法就是把許多單臺(tái)高頻開關(guān)電源，將其輸出簡(jiǎn)單并聯(lián)，形成擴(kuò)流輸出.但這種方法有一個(gè)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(chǎng)合.本文設(shè)計(jì)思想就是在上述簡(jiǎn)單并聯(lián)后的基礎(chǔ)上，再單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)輸出電壓負(fù)反饋系統(tǒng)，利用電壓反饋系統(tǒng)的輸出來控制各臺(tái)高頻開關(guān)電源，形成雙閉環(huán)反饋，從而達(dá)到并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)壓輸出.由于單臺(tái)高頻開關(guān)電源的工作原理眾所周知，故以下著重從自動(dòng)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(dòng)控制原理如圖1所示.

在自動(dòng)控制電機(jī)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(jí)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(dòng)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(dá)到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速輸出.本文正是基于此設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了如圖1的高頻開關(guān)電源雙閉環(huán)反饋并聯(lián)自動(dòng)控制系統(tǒng).圖中各臺(tái)高頻開關(guān)電源本身就是可以獨(dú)立工作的，且內(nèi)部形成電壓或電流負(fù)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(jiǎn)單，就是在單臺(tái)獨(dú)立工作的電源基礎(chǔ)上，把輸出端簡(jiǎn)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(tái)獨(dú)立的高頻開關(guān)電源.

圖1中虛線框內(nèi)1#.2#.…….N#為各臺(tái)高頻開關(guān)電源，其內(nèi)部自動(dòng)控制原理圖簡(jiǎn)化為一階系統(tǒng)比例積分環(huán)節(jié)，所以各臺(tái)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(jì)原理

3.1 單臺(tái)高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)及總體框圖

單臺(tái)高頻開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)：

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(hù)：過流保護(hù).熱保護(hù).過壓保護(hù).欠壓保護(hù)

轉(zhuǎn)換效率：>80%

單臺(tái)高頻開關(guān)電源總體框圖如圖2所示.

整機(jī)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)輸出電壓或電流進(jìn)行采樣.反饋，與基準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓或穩(wěn)流.同時(shí)通過軟啟動(dòng).過流過壓保護(hù).短路保護(hù)及限壓限流電路對(duì)電源本身實(shí)施保護(hù)措施.