軟開關技術實現(xiàn)12V/5000A大功率電源的設計

　　圖7 　變壓器初級和次級電壓波形圖

　　6 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(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，不僅可以對輸出電流加以限制，并且可以提高輸出的動態(tài)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(wěn)壓、穩(wěn)流自動轉(zhuǎn)換方式。圖9 為穩(wěn)壓穩(wěn)流自動轉(zhuǎn)換電路。其工作原理是：穩(wěn)流工作時，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，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)同時工作，此時的控制器為雙環(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、給定電流及負載三者決定。

　　圖9 　穩(wěn)壓穩(wěn)流自動轉(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(xiàn)ZVS ?？刂菩酒捎肬nitrode 公司生產(chǎn)的UC3875N。通過移相控制，超前橋臂在全負載范圍內(nèi)實現(xiàn)了零電壓軟開關，滯后橋臂在75 %以上的負載范圍內(nèi)實現(xiàn)了零電壓軟開關。圖2 為滯后橋臂IGBT的驅(qū)動電壓和集射極電壓波形，可以看出實現(xiàn)了零電壓開通。

　　7 總結(jié)

　　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(xiàn)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(diào)整單個變壓器的原邊電壓使輸出整流二極管實現(xiàn)自動均流；設計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)流自動轉(zhuǎn)換方案，實現(xiàn)了輸出穩(wěn)壓穩(wěn)流的自動切換，提高了電源的可靠性及輸出的動態(tài)響應，減小了輸出電壓的紋波。

　　實驗取得了令人滿意的結(jié)果，其中功率因數(shù)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，現(xiàn)已批量投入生產(chǎn)。