50A/220V全負載范圍軟開(kāi)關(guān)電站操作電源功率模塊設計探討

1.概述

發(fā)電廠(chǎng)及變電站大容量直流系統組屏時(shí)充電模塊多采用10A或20A高頻模塊，而在大容量系統中這樣用會(huì )造成模塊數量眾多，組屏面數增加，故障點(diǎn)增多。所以，急需研制一種大容量的電源功率模塊來(lái)解決這些問(wèn)題?；诖硕邪l(fā)了一種50A/220V全負載范圍軟開(kāi)關(guān)電站操作電源功率模塊，該模塊具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

⑴采用全橋變換電路拓撲，輸出功率大；
⑵移相軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，實(shí)現ZVS＋ZCS-PWM，開(kāi)關(guān)損耗小、效率高，附加元件少；
⑶特殊技術(shù)使軟開(kāi)關(guān)條件與負載大小無(wú)關(guān)（全范圍軟開(kāi)關(guān)）、減小環(huán)流和占空比丟失；
⑷模塊并聯(lián)互備份、先進(jìn)均流技術(shù)，可靠均流、熱拔插；
⑸采用先進(jìn)功率器件，提高效率、可靠性、降低成本；
⑹高頻開(kāi)關(guān)工作，低噪聲，小體積；
⑺采用高頻輸出整流技術(shù)，減小損耗；
⑻采用高頻損耗低、居里點(diǎn)高的磁性材料，降低鐵損；
⑼采用無(wú)源功率因數校正（PFC）技術(shù)，以提高功率因數；
⑽采用EMI電路，減小差模共模干擾，改善EMI環(huán)境；
⑾采用專(zhuān)用控制集成芯片，電路實(shí)現簡(jiǎn)潔。

2. 相關(guān)技術(shù)背景簡(jiǎn)介

2.1無(wú)源功率因數校正與輸入EMI

電源功率因數（PF）為： ⑴

即諧波因數（失真因數）γ與相移因數的乘積。
對現代功率變換電路，；但諧波嚴重時(shí)，如不采取措施，則γ=0.5～0.8。
PFC分無(wú)源型、有源型。無(wú)源PFC實(shí)際上在輸入整流后，采用LC濾波電路來(lái)抑制電流諧波。而且，通過(guò)增大電感、減小電容可提高輸入功率因數。當電感為無(wú)窮大時(shí)，三相電路的諧波因數γ≈0.955。實(shí)際上，電感足夠大，即可滿(mǎn)足PF要求。圖2為三相無(wú)源PFC的PF值與電感標幺值的關(guān)系曲線(xiàn)。
如：當 時(shí)，PF≈γ≈0.94,。

由于，從PFC要求的角度，電容可以很小。因此，只要電容的取值滿(mǎn)足直流紋波的要求即可。

仿真和以前產(chǎn)品實(shí)驗也說(shuō)明，滿(mǎn)足項目要求的PF≧0.92，具有較小電感L的無(wú)源PFC技術(shù)就可以滿(mǎn)足。 設計時(shí)應采用特殊的整流技術(shù)、濾波電感和電容。

電源輸入的非線(xiàn)性引起的主要是低頻諧波干擾。高頻電磁干擾是開(kāi)關(guān)電源EMI的另一類(lèi)主要形式。它指150kHz—30MHz的高頻傳導干擾。分兩類(lèi)：

差模干擾：高頻器件開(kāi)關(guān)引起的輸入線(xiàn)之間的干擾；
共模干擾：即功率器件、變壓器與機殼地之間的漏電流引起的輸入線(xiàn)與機殼地之間的干擾。