電流型控制反激DC/DC變換器的設計與實(shí)現

摘要：介紹了一種大功率電流型控制反激DC/DC變換器的設計與實(shí)現，并提出了一種更簡(jiǎn)潔的儲能式變壓器的設計方法，設計并研制成功1kW27V/190V樣機，具有過(guò)載短路能力強、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：反激變換器；大功率；電流控制

1 引言

靜止變流器一般采用DC27V/DC190V/AC115V400Hz的變換結構，前級將輸入的27V直流電轉換為190V直流電，后級逆變環(huán)節將190V直流電變換為用電設備所需的115V/400Hz交流電。由于反激變換器具有電路拓撲簡(jiǎn)潔、輸入電壓范圍寬、輸入輸出電氣隔離、體積重量小等優(yōu)點(diǎn)，因而將其作為靜止變流器的前級電路拓撲，將會(huì )使整個(gè)靜止變流器的體積重量下降，以實(shí)現更高的功率密度。

2 電流型控制反激DC/DC變換器

2.1 功率電路

因為輸入為低壓大電流，故選用單管反激式拓撲結構，如圖1所示。針對這一結構主功率開(kāi)關(guān)上必須加緩沖電路，否則開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)漏感能量無(wú)處釋放，將會(huì )引起電壓尖峰擊穿功率管。常用的緩沖電路有LCD、RCD和有源箝位三種，考慮電路開(kāi)關(guān)頻率較高（80kHz），所以L(fǎng)CD緩沖不可??；而采用有源箝位，箝位開(kāi)關(guān)管要取很大電流定額，且變壓器初級有很大環(huán)流不利于提高效率，故有源箝位也不可用；RCD緩沖具有無(wú)源、電路簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)，如果參數調試合理不會(huì )對效率造成太大影響，故被實(shí)驗樣機采用。

圖1 RCD緩沖單管反激式變換器電路拓撲

2.2 控制方案

反激變換器具有電流源性質(zhì)，開(kāi)環(huán)不能開(kāi)路，否則輸出電壓極高。作為靜止變流器的直流環(huán)節使用，當后級逆變橋的四個(gè)功率管均關(guān)斷時(shí)，對前級的反激變換器輸出端就相當于開(kāi)路，因而必須采用電壓閉環(huán)控制；同時(shí)為提高電源的性能，采用電流型控制技術(shù)，這種電流電壓雙閉環(huán)控制使系統具有瞬態(tài)響應快、穩定性高、內在限流能力等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 電路組成

研制的1kW樣機電路，如圖2所示。整個(gè)電路的核心為UNITRODE公司的電流型PWM芯片UC3843N，該芯片原用于設計200W以下的小功率開(kāi)關(guān)電源，這里將其變通使用。Q₁、Q₂構成圖騰柱以增大驅動(dòng)能力，Q₃作射極跟隨器取出UC3843的鋸齒波，CT1取樣主開(kāi)關(guān)管的電流信號，R₇、R₈將電流信號與鋸齒波相疊加作斜坡補償，以消除電流控制型調節器在占空比大于50％時(shí)固有的次諧波振蕩，R₇、R₈的比值可以決定斜坡補償的深度。R₁₃、D₆構成基準電壓源，Q₅為誤差放大管，光電耦合器U₃將誤差電壓反饋給UC3843N，構成電壓閉環(huán)，同時(shí)保證電氣隔離。

圖2 原理樣機電路組成

3 關(guān)鍵電路參數設計

3.1 儲能式變壓器

設電流臨界連續時(shí)的功率為總輸出功率的1/5，則

B_m=B（1）

式中：B_m為最大磁密；

B為偏置點(diǎn)磁密。

則磁密變化量ΔB為

ΔB=2(B_m－B)（2）

原邊匝數N₁為

N₁= （3）

式中：U_imin為最小輸入電壓；

t_onmax為開(kāi)關(guān)管最大導通時(shí)間；