軟開(kāi)關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)12V/5000A大功率電源的設(shè)計(jì)
圖7 變壓器初級(jí)和次級(jí)電壓波形圖
6 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 ??刂菩酒捎肬nitrode 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。
7 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。
實(shí)驗(yàn)取得了令人滿意的結(jié)果,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)部門的技術(shù)鑒定,現(xiàn)已批量投入生產(chǎn)。
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評(píng)論