用于輸入交流400Hz場(chǎng)合的機載高頻開(kāi)關(guān)電源解決方案

可用UC2854A控制主開(kāi)關(guān)SWB，其緩沖電路是不需控制的，并且具有電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其原理是將二極管DB反向恢復的能量和SWB關(guān)斷時(shí)儲存在C2中的能量在SWB導通時(shí)轉移到C1中。在SWB關(guān)斷時(shí)，L1中的儲能向C2充電，并通過(guò)D1、D2、D3轉移到CB中，同時(shí)也向CB放電，用這種電路實(shí)現了零電壓關(guān)斷和零電流導通，有效地減少損耗，提高了電路的效率和可靠性。

該電路的主要特點(diǎn)是：

開(kāi)關(guān)SWB上最大電壓為輸出電壓VL。

Boost二極管DB上最大反向電壓為VL+VE，VE值由IR、L1、C1及C2的相關(guān)值決定。

開(kāi)關(guān)SWB上最大電流上升率由L1和V1決定，并且導通損耗和應力很小。

開(kāi)關(guān)SWB上最大電壓率由C2決定，并且關(guān)斷功耗和應力很小。

在開(kāi)關(guān)周期中，為獲得電流和電壓上升率的控制而儲存在L1和C2中的能量最終又回到輸出電源中，這樣確保電路真正的無(wú)損耗工作。

2.IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開(kāi)關(guān)技術(shù)

圖3所示為IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開(kāi)關(guān)電路及工作波形圖。與MOSFET相比，IGBT通態(tài)電壓很低，電流在關(guān)斷時(shí)很快下降到初始值的5%，但減少到零的時(shí)間較長(cháng)，約1～1.5μs，在硬開(kāi)關(guān)模式下會(huì )導致很大的開(kāi)關(guān)損耗。在組合開(kāi)關(guān)中，并聯(lián)MOSFET在IGBT關(guān)斷1.5μs后，拖尾電流已減少到接近零時(shí)才關(guān)斷。

圖3 IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開(kāi)關(guān)電路及工作波形圖

這種技術(shù)因通態(tài)損耗很低而使得DC/DC變換器的效率很高。但需工作頻率相對較低，一般選取20～40kHz。由于半橋組合開(kāi)關(guān)只需兩個(gè)開(kāi)關(guān)，總的開(kāi)關(guān)器件的數目少，使可靠性顯著(zhù)提高。
3.半橋電路平衡控制技術(shù)

通過(guò)控制和調整 IGBT/MOSFET柵驅動(dòng)的延遲時(shí)間可使半橋平衡，避免變壓器偏磁飽和過(guò)流，燒毀開(kāi)關(guān)管。這在脈沖較寬大時(shí)，很容易實(shí)現。但當輕載或無(wú)載時(shí)，脈寬很窄 (例如小于0.3μs)，此時(shí)的IGBT/MOSFET延遲已取消。因此在窄脈寬時(shí)，為保持其平衡，我們采用了一個(gè)低頻振蕩器。當脈寬小于0.3μs時(shí)，振蕩器起振使PWM發(fā)生器間歇工作，保持脈寬不小于0.3μs，以維持半橋平衡，使其在無(wú)載時(shí)能正常工作。

由于工作頻率較低，組合開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗很小，通態(tài)損耗也很小。

圖4 半橋電路平衡控制電路

4.多重環(huán)路控制電路

平均電流模式控制系統采用PI調節器，需要確定比例系數和零點(diǎn)兩個(gè)參數。調節器比例系數KP的計算原則是保證電流調節器輸出信號的上升階段斜率比鋸齒波斜率小，這樣電流環(huán)才會(huì )穩定。零點(diǎn)選擇在較低的頻率范圍內，在開(kāi)關(guān)頻率所對應的角頻率的1/10～1/20處，以獲得在開(kāi)環(huán)截止頻率處較充足的相位裕量。

另外，在PI調節器中增加一個(gè)位于開(kāi)關(guān)頻率附近的極點(diǎn)，用來(lái)消除開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲對控制電路的干擾，這樣的PI調節器的結構如圖5所示。

圖5 具有濾波功能的PI調節器

控制電路的核心是電壓、電流反饋控制信號的設計。為了保證在系統穩定性的前提下提高反應速度，設計了以電壓環(huán)為主的多重環(huán)路控制技術(shù)。電流環(huán)響應負載電流變化，并且有限流功能。設計電路增加了對輸出電感電流采樣后的差分放大，隔直后加入到反饋環(huán)中參與控制，調節器增益可通過(guò)后級帶電位器的放大環(huán)節進(jìn)行調節。這樣電源工作在高精度恒壓狀態(tài)下，輸出動(dòng)態(tài)響應，使電源在負載突變的情況下，沒(méi)有大的輸出電壓過(guò)沖。