軟開(kāi)關(guān)技術(shù)實(shí)現12V/5000A大功率電源的設計

　　圖7 　變壓器初級和次級電壓波形圖

　　6 控制電路的設計

　　由于在本電源中使用的開(kāi)關(guān)元件的過(guò)載承受能力有限，必須對輸出電流進(jìn)行限制，因此，控制電路采用電壓電流雙環(huán)結構（內環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為電壓環(huán)） ，調節器均為PID.圖8 為控制電路的原理框圖。加入電流內環(huán)后，不僅可以對輸出電流加以限制，并且可以提高輸出的動(dòng)態(tài)響應，有利于減小輸出電壓的紋波。

　　圖8 　控制電路的原理框圖

　　在實(shí)際的控制電路中采用了穩壓、穩流自動(dòng)轉換方式。圖9 為穩壓穩流自動(dòng)轉換電路。其工作原理是：穩流工作時(shí)，電壓環(huán)飽和，電壓環(huán)輸出大于電流給定，從而電壓環(huán)不起作用，只有電流環(huán)工作；在穩壓工作時(shí)，電壓環(huán)退飽和，電流給定大于電壓環(huán)的輸出，電流給定運算放大器飽和，電流給定不起作用，電壓環(huán)及電流環(huán)同時(shí)工作，此時(shí)的控制器為雙環(huán)結構。這種控制方式使得輸出電壓、輸出電流均限制在給定范圍內，具體的工作方式由給定電壓、給定電流及負載三者決定。

　　圖9 　穩壓穩流自動(dòng)轉換電路

　　由于本電源的容量為60kW，為了提高效率、減小體積、提高可靠性，因此，采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。高頻全橋逆變器的控制方式為移相FB2ZVS 控制方式［1 ］ ，它利用變壓器的漏感及管子的寄生電容諧振來(lái)實(shí)現ZVS ?？刂菩酒捎肬nitrode 公司生產(chǎn)的UC3875N。通過(guò)移相控制，超前橋臂在全負載范圍內實(shí)現了零電壓軟開(kāi)關(guān)，滯后橋臂在75 %以上的負載范圍內實(shí)現了零電壓軟開(kāi)關(guān)。圖2 為滯后橋臂IGBT的驅動(dòng)電壓和集射極電壓波形，可以看出實(shí)現了零電壓開(kāi)通。

　　7 總結

　　該電源裝置中，使用移相全橋軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，使得功率器件實(shí)現零電壓軟開(kāi)關(guān)，減小了開(kāi)關(guān)損耗及開(kāi)關(guān)噪聲，提高了效率；設計并使用了一種新穎的高頻功率變壓器，通過(guò)調整單個(gè)變壓器的原邊電壓使輸出整流二極管實(shí)現自動(dòng)均流；設計并使用了容性功率母排，減小了系統中的振蕩，減小了功率母排的發(fā)熱?？刂齐娐分胁捎昧朔€壓穩流自動(dòng)轉換方案，實(shí)現了輸出穩壓穩流的自動(dòng)切換，提高了電源的可靠性及輸出的動(dòng)態(tài)響應，減小了輸出電壓的紋波。

　　實(shí)驗取得了令人滿(mǎn)意的結果，其中功率因數可達0. 92 ， 滿(mǎn)載效率為87 % ， 輸出電壓紋波小于25mV.不僅如此，各項指標都達到甚至超過(guò)了用戶(hù)要求，而且通過(guò)了有關(guān)部門(mén)的技術(shù)鑒定，現已批量投入生產(chǎn)。