基于IGBT的電壓型逆變器輔助開(kāi)關(guān)電源的設計

電壓型逆變電源的輔助開(kāi)關(guān)電源其雙管反激式開(kāi)關(guān)電源能高效地提供多路直流輸出，電路元件全部由分立式元件構成，抗干擾能力強，工作穩定可靠，因而能滿(mǎn)足電壓型逆變器等對電源的高可靠性要求。

　　下面以逆變電源控制回路供電的開(kāi)關(guān)電源為例，介紹反激式開(kāi)關(guān)電源的設計方法。該開(kāi)關(guān)電源已通過(guò)檢驗并投運。

　　1 雙管反激式開(kāi)關(guān)電源的結構和工作原理

　　雙管反激式開(kāi)關(guān)電源的結構框圖如圖1所

　　2 主電路工作原理

　　原邊線(xiàn)圈使用場(chǎng)效應管的反激半橋變換器線(xiàn)路如圖2所示。

　　高頻變壓器原邊繞組通過(guò)場(chǎng)效應管直接與直流電源Vs相連，2個(gè)場(chǎng)效應管需要同時(shí)通斷。因此，通過(guò)一個(gè)相位相同但相互隔離的信號來(lái)驅動(dòng)，通常采用一個(gè)小型的雙繞組輸出的變壓器。和其他反激式電路一樣，在場(chǎng)效應管開(kāi)通時(shí)，只把能量存在磁路中;斷開(kāi)時(shí)，磁路轉換成電能送至負載。2個(gè)二極管D、D的作用是把過(guò)剩的反激能量反饋回電源Vs中，并把2個(gè)場(chǎng)效應管都鉗制在V(忽略二極管正向管壓降)。

　　3 開(kāi)關(guān)電源的設計

　　3.1技術(shù)指標

　　本設計是帶有6組輸出的75w反激式變換器，具體技術(shù)要求為：①輸入電Uac=220(1±15)V;②工作頻率：30kHz，工作頻率對電源的體積、重量及電路特性影響很大。若工作頻率高，則輸出濾波電感和電容體積減小，但開(kāi)關(guān)損耗增高，熱量增大，散熱器體積加大;③6組輸出為：5V/4A，12V/2A、﹣12V/0.5A，3組﹣15v/o.5A、-9V/0.5A;④輸出紋波和噪音：最大值1%;⑤原副邊繞組之間采取可靠的屏蔽措施;⑥電源效率為80%;⑦工作溫度范圍：Ta=0～50℃。

　　3.2開(kāi)關(guān)電源主回路

　　主回路開(kāi)關(guān)管選用電壓驅動(dòng)型CMOS管，2SK1317，與傳統的反激自激式開(kāi)關(guān)電源中的晶體管相比，具有頻率大、驅動(dòng)控制簡(jiǎn)單、驅動(dòng)功率小的優(yōu)點(diǎn)。為了減小開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)應力，設計了與原邊電感并聯(lián)的RC緩沖器，吸收關(guān)斷過(guò)電壓的能量。為了滿(mǎn)足輸出低紋波的要求，輸出采用多級電容濾波。

　　3.3變壓器的設計

　　與傳統線(xiàn)性變壓器相比，高頻變壓器具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)?，F就本裝置中高頻變壓器的設計說(shuō)明如下。設計流程如圖3所示。

　　對于高頻變壓器而言，磁心的選擇尤為重要。通常是，高磁通密度，低磁通損耗。高的居里溫度和高滲透性是衡量磁心好壞的主要技術(shù)指標。通常選用R2KB鐵氧體材料制成的EE型鐵氧體磁心，其具有品種多，引線(xiàn)空間大，接線(xiàn)操作方便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)?？紤]到高頻變壓器原邊的高電壓，在高頻變壓器的原邊必須采用絕緣性能優(yōu)良的導線(xiàn)。由于副邊繞組中將流過(guò)較大的電流，可考慮采用銅盤(pán)提高通流能量。原副邊繞組的變比輸入電壓、輸出電壓、功率和開(kāi)關(guān)頻率決定。

　　變比的選擇要適中，選的過(guò)大將導致導通時(shí)間達到最大時(shí)，輸出電壓可能也達不到設計值;選的過(guò)小會(huì )增大原邊損耗。

　　由以上分析可知，首先根據實(shí)際要求計算出磁心面積和磁心的數量，然后計算原副邊的線(xiàn)徑，同時(shí)可以通過(guò)計算或仿真確定漏感、線(xiàn)損、導線(xiàn)電容。如果磁心損耗過(guò)大，需要反復調整線(xiàn)徑或變比直到滿(mǎn)足設計要求為止。高頻變壓器主要設計參數見(jiàn)表1。

　　4 試驗波形分析

　　開(kāi)關(guān)管2SK1317的漏一源兩端的電壓V。的試驗波形如圖4所示。

　　輸出電源經(jīng)過(guò)LC濾波以及后級三端固定式線(xiàn)性穩壓器7815穩壓后，電源在額定功率輸出時(shí)，輸出電壓波形如圖5所示。輸出電壓的紋波峰峰值約為100mV，滿(mǎn)足設計要求。

　　從以上2個(gè)波形圖可以看出開(kāi)關(guān)管的工作波形比較理想，關(guān)斷時(shí)無(wú)振蕩。輸出+15V平穩電壓，比較光滑。

　　5 結束語(yǔ)

　　本設計的開(kāi)關(guān)電源工作穩定，輸出紋波小，主回路開(kāi)關(guān)管工作波形理想，無(wú)振蕩，無(wú)尖峰電壓，變壓器無(wú)發(fā)熱現象，系統具有良好的工作性能。