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《移相全橋大功率軟開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、移相全橋大功率軟開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)1?引言 在電鍍行業(yè)里，一般要求工作電源的輸出電壓較低，而電流很大。電源的功率要求也比較高，一般都是幾千瓦到幾十千瓦。目前，如此大功率的電鍍電源一般都采用晶閘管相控整流方式。其缺點(diǎn)是體積大、效率低、噪音高、功率因數(shù)低、輸出紋波大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、穩(wěn)定性差等?！ ”疚慕榻B的電鍍用開(kāi)關(guān)電源，輸出電壓從0~12V、電流從0~5000A連續(xù)可調(diào)，滿(mǎn)載輸出功率為60kW.由于采用了ZVT軟開(kāi)關(guān)等技術(shù)，同時(shí)采用了較好的散熱結(jié)構(gòu)，該電源的各項(xiàng)指標(biāo)都滿(mǎn)足了用戶(hù)的要求，現(xiàn)已小批量投入生產(chǎn)?！ ??主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 鑒于如此
2、大功率的輸出，高頻逆變部分采用以IGBT為功率開(kāi)關(guān)器件的全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個(gè)主電路如圖1所示，包括：工頻三相交流電輸入、二極管整流橋、EMI濾波器、濾波電感電容、高頻全橋逆變器、高頻變壓器、輸出整流環(huán)節(jié)、輸出LC濾波器等?！ 「糁彪娙軨b是用來(lái)平衡變壓器伏秒值，防止偏磁的?？紤]到效率的問(wèn)題，諧振電感LS只利用了變壓器本身的漏感。因?yàn)槿绻撾姼刑?，將?huì)導(dǎo)致過(guò)高的關(guān)斷電壓尖峰，這對(duì)開(kāi)關(guān)管極為不利，同時(shí)也會(huì)增大關(guān)斷損耗。另一方面，還會(huì)造成嚴(yán)重的占空比丟失，引起開(kāi)關(guān)器件的電流峰值增高，使得系統(tǒng)的性能降低。?圖1?主電路原理圖3?零電壓軟開(kāi)關(guān)
3、 高頻全橋逆變器的控制方式為移相FB2ZVS控制方式，控制芯片采用Unitrode公司生產(chǎn)的UC3875N。超前橋臂在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開(kāi)關(guān)，滯后橋臂在75%以上負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開(kāi)關(guān)。圖2為滯后橋臂IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓和集射極電壓波形，可以看出實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)通?！ ￠_(kāi)關(guān)頻率選擇20kHz,這樣設(shè)計(jì)一方面可以減小IGBT的關(guān)斷損耗，另一方面又可以兼顧高頻化，使功率變壓器及輸出濾波環(huán)節(jié)的體積減小。?圖2?IGBT驅(qū)動(dòng)電壓和集射極電壓波形圖 4?容性功率母排 在最初的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)中，濾波電容C5與IGBT模塊之間的連接母排為普
4、通的功率母排。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)IGBT上的電壓及流過(guò)IGBT的電流均發(fā)生了高頻震蕩，圖3為滿(mǎn)功率時(shí)采集的變壓器初級(jí)的電壓、電流波形圖。原因是并聯(lián)在IGBT模塊上的突波吸收電容與功率母排的寄生電感發(fā)生了高頻諧振。滿(mǎn)載運(yùn)行一小時(shí)后，功率母排的溫升為38℃，電容C5的溫升為24℃。?圖3 使用普通功率母排時(shí)變壓器初級(jí)電壓、電流波形 為了消除諧振及減小功率母排、濾波電容的溫升，我們最終采用了容性功率母排，圖4為采用容性功率母排后滿(mǎn)功率時(shí)采集的變壓器初級(jí)的電壓、電流波形圖。從圖中可以看出，諧振基本消除，滿(mǎn)載運(yùn)行一小時(shí)后，無(wú)感功率母排的溫升為11℃
5、，電容C5的溫升為10℃。?圖4 使用容性功率母排后變壓器初級(jí)電壓和電流波形5?采用多個(gè)變壓器串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，使并聯(lián)的輸出整流二極管之間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流 為了進(jìn)一步減小損耗，輸出整流二極管采用多只大電流（400A）、耐高電壓（80V）的肖特基二極管并聯(lián)使用。而且，每個(gè)變壓器的次級(jí)輸出采用了全波整流方式。這樣，每一次導(dǎo)通期間只有一組二極管流過(guò)電流。同時(shí)，次級(jí)整流二極管配上了RC吸收網(wǎng)絡(luò)，以抑止由變壓器漏感和肖特基二極管本體電容引起的寄生震蕩。這些措施都最大限度地減小了電源的輸出損耗，有利于效率的提高。 對(duì)于大電流輸出來(lái)說(shuō)，一般要把輸出整流二
6、極管并聯(lián)使用。但由于肖特基二極管是負(fù)溫度系數(shù)的器件，并聯(lián)時(shí)一般要考慮它們之間的均流。二極管的并聯(lián)方式有許多種，圖5所示，圖a為直接并聯(lián)方式；圖b為串入電阻并聯(lián)方式；圖c為串入動(dòng)態(tài)均流互感器并聯(lián)方式。（均以四只二極管的并聯(lián)為例）。?圖5 二極管的并聯(lián)方式 對(duì)于直接并聯(lián)方式，二極管的均流效果很差，輸出電流一般限制在幾十安培到幾百安培左右，不易于做到上千安培。在電流為上千安培輸出的情況下，為了達(dá)到均流的目的，可以采用串入電阻方式并聯(lián)或采用串入動(dòng)態(tài)均流互感器并聯(lián)。由于鄰近效應(yīng)及趨膚效應(yīng)的影響，對(duì)于串入電阻的并聯(lián)方式，二極管的均流效果隨輸出電
7、流的大小而改變，均流效果較差。為達(dá)到較好均流效果，串入的電阻不宜太小，這又帶來(lái)較大的損耗。對(duì)于串入動(dòng)態(tài)均流互感器的并聯(lián)方式，可以達(dá)到較好的均流效果，但大電流互感器的制作工藝復(fù)雜，成本高，同時(shí)由于動(dòng)態(tài)均流互感器的漏感及引線(xiàn)電感的存在，使得二極管在關(guān)斷時(shí)的反向尖峰電壓增高，電磁干擾及損耗隨之增加?！ 榱丝朔陨喜⒙?lián)方式的不足之處，使輸出整流二極管實(shí)現(xiàn)既能自動(dòng)均流，降低損耗，又可以降低制作工藝的復(fù)雜性，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新穎的高頻功率變壓器，如圖1所示。這種變壓器是由8個(gè)相同的小變壓器構(gòu)成，變比均為4∶1,它們的初級(jí)串聯(lián)，而次級(jí)則采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)
8、。該變壓器采用初級(jí)自冷和次級(jí)水冷相結(jié)合的冷卻方式，這樣考慮主要在于它們的熱損耗不同，而且可以大大簡(jiǎn)化變壓器的制作工序?！ ∠旅嬉?xún)蓚€(gè)變壓器組為例（圖6所示）,說(shuō)明二極管之間的均流。?圖6 多個(gè)變壓器的連接示意圖 uin
