教你如何快速的設計大容量開(kāi)關(guān)電源電路及實(shí)現

在通訊、電力領(lǐng)域，要求的直流電源系統輸出的電流電壓各不相同。對于大容量電源系統，往往采用多個(gè)同一電壓等級的小容量電源模塊并聯(lián)的方法來(lái)實(shí)現，但如果并聯(lián)的電源模塊太多，就不利于均流和可靠性，因此用戶(hù)迫切要求大容量電源模塊的出現，基于這種背景作者開(kāi)發(fā)了大容量開(kāi)關(guān)電源。

目前的大容量開(kāi)關(guān)電源一般是由主電路、控制電路組成，而智能化開(kāi)關(guān)電源，往往還有微機構成的數控系統--在實(shí)現智能化功能的同時(shí)，還對開(kāi)關(guān)電源的一些關(guān)鍵參數及各種故障信號進(jìn)行檢測傳送給上位機，同時(shí)上位機的一些控制量也可通過(guò)微機系統對開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓、電流進(jìn)行控制，本文采用PIC單片機作為開(kāi)關(guān)電源智能化的核心引導控制電路和主電路進(jìn)行工作。

大容量開(kāi)關(guān)電源主電路中的逆變電路一般為H橋式結構，可以采用硬開(kāi)關(guān)方式或軟開(kāi)關(guān)方式，這2種方式在國外優(yōu)秀的大容量開(kāi)關(guān)電源中都在廣泛應用。在本電源中為了簡(jiǎn)化電路結構和生產(chǎn)工藝，采用了硬開(kāi)關(guān)技術(shù)。但是，硬開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗大于軟開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗，因此，要合理選擇工作頻率和損耗較小的開(kāi)關(guān)器件至關(guān)重要。如果設計合理，硬開(kāi)關(guān)技術(shù)仍然極具生命力。

由于開(kāi)關(guān)電源常用的控制方法、主電路結構形式及其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，因此本文僅對大容量開(kāi)關(guān)電源設計中的幾種新技術(shù)進(jìn)行介紹：PFC技術(shù)、工作穩定性、多電源并聯(lián)均流。

功率因數校正電路的設計

大容量開(kāi)關(guān)電源的進(jìn)線(xiàn)一般為三相380VAC，為了減少諧波，直流電源系統往往在進(jìn)線(xiàn)側統一加無(wú)源濾波。為了提高功率因數，每一電源模塊在輸入側增加了三相單開(kāi)關(guān)PFC電路。當輸入側的交流電壓變化土20%時(shí)，整流后的直流電壓變化土20%，經(jīng)過(guò)PFC控制就可以使一次側直流母線(xiàn)電壓基本保持在 670VDC，這樣在提高功率因數的同時(shí)還可以減小后級逆變變壓器的體積。

三相單開(kāi)關(guān)PFC主電路一般有2種方案：

(1)圖1(a)所示的主電路，其控制方式類(lèi)似于單相PFC，采用了UCl854高頻有源PFC專(zhuān)用控制芯片，三相橋式整流后的每周期6波頭電壓，分壓輸入到UCl854作為電流給定信號，UCl854通過(guò)對開(kāi)關(guān)S的通斷控制，使通過(guò)電感乙的電流也是每周期6波頭，這樣，每相的電流波形雖然不能逼近正弦波，但功率因數得到很大的提高，諧波減少。

(2)如圖1(b)的電路，在三相進(jìn)線(xiàn)端分別加電感，當S閉合時(shí)，三相電源通過(guò)S分別為3個(gè)電感激磁，電感電流從零線(xiàn)性上升;當S關(guān)斷時(shí)，電感電流逐漸降為0，在一個(gè)載波周期里，電感電流近似為三角波，但每相的平均電流與輸入電壓成正比，進(jìn)線(xiàn)每相電流的峰值包絡(luò )線(xiàn)自然而然地形成正弦波，而且電流相位與電壓相位一致，校正了功率因數。比較圖1(a)和圖1(b)，圖1(a)中只用了一個(gè)電感，結構簡(jiǎn)單，在設計的電源中得到應用。

斜波補償及工作穩定性分析

控制電路的核心是電流型雙路推挽輸出的UC3825，電源中所有的故障、啟停都可通過(guò)控制芯片的啟停來(lái)實(shí)現?？刂齐娐钒溯敵鲭妷?、電流控制器；電網(wǎng)輸入的過(guò)壓、欠壓、缺相保護；輸出直流電源的過(guò)壓、短路保護；散熱器的過(guò)溫保護；風(fēng)扇的智能驅動(dòng)及故障檢測；幾組模擬電壓、電流給定信號的自動(dòng)切換，微控板可以檢測到所有的信號。如果說(shuō)主電路的設計優(yōu)劣關(guān)系到整機可靠性的話(huà)，那么，控制電路將直接影響到輸出直流電源的品質(zhì)?？刂浦餍酒琔C3825為電流型器件，所有電流型PWM控制器件有一個(gè)共同的特點(diǎn)：當反饋電流大于內部給定電流時(shí)立即關(guān)斷所驅動(dòng)的器件。這樣，當反饋電流的波形前沿有毛刺時(shí)很容易引起系統的不穩定。解決的方法有：

(1)在電磁式電流互感器兩端并接電容去掉毛刺；

(2)充分利用器件特性，在器件的電流輸入端和振蕩器斜波輸入端并接電容、阻容。

事實(shí)證明：這兩種方法都能克服系統的不穩定。

根據主電路方案及性能要求，輸出電流、輸出電壓采用雙路并聯(lián)控制方式，其中電流環(huán)為比例一積分控制的單環(huán)系統，電壓環(huán)為雙閉環(huán)系統，內環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為電壓環(huán)，采用比例一積分一微分控制方式。動(dòng)態(tài)結構圖如圖2所示，虛線(xiàn)框內是電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結構圖。

圖2

圖2中A，B分別為電流電壓反饋系數，其他參數對應各自環(huán)節的物理量。