本文詳細(xì)講述了3kW 大功率可調(diào)電源的研制情況,，為軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在軍用領(lǐng)域的應(yīng)用做了有意的探索與嘗試。

1 工作原理與研制難點(diǎn)

3kW大功率可調(diào)電源通過(guò)將輸入的市電進(jìn)行整流,、再通過(guò)PFC單元進(jìn)行功率因數(shù)校正變換成

移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" 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高壓直流電供給主功率變換部分,，主功率變換部分采用軟開(kāi)關(guān)ZVS技術(shù)進(jìn)行功率變換，通過(guò)電壓基準(zhǔn)(電壓環(huán)控制基準(zhǔn) 耐),、電流基準(zhǔn)(電流環(huán)控制基準(zhǔn) )對(duì)輸出電壓和輸出電流的最大值進(jìn)行設(shè)置,。3kW大功率可調(diào)電源采用ZVS型移相全橋的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)主功率變換部分，使用ZVS型移相全橋的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使該電源具有了較高的轉(zhuǎn)換效率,，輸出紋波的峰一峰值大為改善(50mV以內(nèi)),。

3kW大功率可調(diào)電源在技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)最主要有三點(diǎn)：

(1)采用何種方式在輸出輕載下實(shí)現(xiàn)主功率管的軟開(kāi)關(guān)(ZVS)；

(2)輸出電壓在0～60V范圍內(nèi)任意設(shè)定,，輸出電流在0～50A內(nèi)任意變化時(shí)保持電源穩(wěn)定工作,；

(3)如何實(shí)現(xiàn)輸出電壓的零電壓起調(diào)。

2 主要功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 輸入部分的實(shí)現(xiàn)

輸入部分設(shè)計(jì)有保護(hù)電路,，在啟動(dòng)過(guò)程中監(jiān)視PFC的輸出電壓,，當(dāng)PFC電壓建立后，給出“允許主功率部分工作”信號(hào),，當(dāng)主功率部分接受到此信號(hào)才開(kāi)始工作,。當(dāng)PFC的輸出發(fā)生過(guò)、欠壓時(shí)切斷“允許主功率部分工作”信號(hào),，使主功率部分停止工作,。

2.2 主功率部分的實(shí)現(xiàn)

移相全橋ZVS電路在輸出輕載下實(shí)現(xiàn)主功率管的軟開(kāi)關(guān)(ZVS)，主要方法有變壓器原邊電路串人飽和電感,，采用輔助諧振網(wǎng)絡(luò)(有多種實(shí)現(xiàn)方式),，以及參考文獻(xiàn)[4]中提到的新型移相全橋ZVS電路等。原邊回路串人飽和電感(增加諧振電感)會(huì)使輕載時(shí)主功率變換部分效率很低,，同時(shí)使主功率變換部分副邊占空比丟失現(xiàn)象加劇,。在實(shí)際應(yīng)用中確定飽和電感很困難，因此一般是使用高頻電感,。參考文獻(xiàn)[1]中介紹拆焊國(guó)外350V/10A軍用電源時(shí),，發(fā)現(xiàn)主功率變壓器原邊繞組串聯(lián)的附加諧振電感器,，是一種直徑為q~33mm的鐵硅鋁磁環(huán)，繞組用多股細(xì)線繞3.5圈,，電感量為3.2lxH,。本文研制的3kW大功率可調(diào)電源在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，加入飽和電感(增加諧振電感)對(duì)原邊電流波形有改善,，但是原邊電壓波形隨著飽和電感電感值的增加而波形上的毛刺加大。一般折中考慮,，可以使用微亨級(jí)鐵硅鋁材料的電感,。

本文中研制的電源經(jīng)過(guò)綜合考慮采用輔助諧振網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出輕載下主功率管的軟開(kāi)關(guān)(ZVS)。主功率變換部分電路如圖2所示,。主功率變換部分采用移相全橋ZVS電路,， 、c日 ,、 ,、D 、D止組成輔助諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)于采用移相全橋ZVS的滯后橋臂,，它不干擾主功率變壓器電路,，功耗也小，其工作狀態(tài)不受負(fù)載電流大小的影響,。輔助諧振網(wǎng)絡(luò)能使滯后橋臂開(kāi)關(guān)管在輕載時(shí)實(shí)現(xiàn)ZVS,，明顯減小占空比丟失，提高了電源的效率和可靠性,。

輔助諧振網(wǎng)絡(luò)的電流增強(qiáng)原理是：當(dāng)滯后橋臂下管S 關(guān)斷時(shí),，輔助電感的電流與原邊電流同時(shí)流入節(jié)點(diǎn)B；而當(dāng)滯后橋臂上管S 關(guān)斷時(shí),，它們又同時(shí)流出節(jié)點(diǎn)B,。也就是說(shuō)兩種電流同時(shí)對(duì)并聯(lián)電容器充電、放電,，它在各種負(fù)載電流時(shí),，特別是在輕載或者空載等惡劣條件下，也能在S ,、s4開(kāi)通之前,，抽掉并聯(lián)電容器中的電荷，實(shí)現(xiàn)完滿的零電壓開(kāi)關(guān)ZVS,。

為串入主電路的電感,，由于輔助諧振網(wǎng)絡(luò)的存在， 可以大大減小甚至取消,。在本文中設(shè)計(jì)的3kW大功率可調(diào)電源沒(méi)有使用飽和電感厶,，而是只使用了輔助諧振網(wǎng)絡(luò),。圖3給出了輸出12.9V/10A時(shí)滯后橋臂MOS管s 的d、s間及 s間的電壓波形,?？梢钥闯鲈谳敵龉β蕿樵O(shè)計(jì)功率的4%左右時(shí)滯后橋臂已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)關(guān)。通過(guò)參考文獻(xiàn)[2】的理論分析可知,，超前橋臂此時(shí)一定實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)關(guān),。

2.3 電源控制環(huán)路和軟啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

由于本電源要求輸出電壓在0-60V范圍內(nèi)任意設(shè)定，輸出電流在0~50A內(nèi)任意變化時(shí)保持電源穩(wěn)定工作,，這就對(duì)電源的控制電路有很高的要求,。本文研制的電源采用外加運(yùn)放組成電壓環(huán)、電流環(huán)結(jié)合的控制環(huán)與主控芯片相結(jié)合的方法,；實(shí)驗(yàn)證明電源輸出電壓在0~60V范圍內(nèi)任意設(shè)定,，輸出電流在0-50A內(nèi)任意變化時(shí)電源穩(wěn)定工作。

由于該電源的主控芯片采用UC3879,，是一種電壓型控制芯片,，而且在本課題應(yīng)用中為了實(shí)現(xiàn)大功率全范圍穩(wěn)定工作，反饋控制環(huán)路的設(shè)計(jì)中很難兼顧輸出啟動(dòng)特性,；同時(shí)本課題的電源輸出功率大,，通過(guò)控制芯片UC3879的軟啟動(dòng)腳未能實(shí)現(xiàn)輸出軟啟動(dòng)，輸出有啟動(dòng)過(guò)沖問(wèn)題,。本課題單獨(dú)設(shè)計(jì)了軟啟動(dòng)電路如圖4所示,，解決了輸出啟動(dòng)過(guò)沖問(wèn)題；另外輸出保護(hù)電路檢測(cè)到故障后,，通過(guò)主功率工作使能信號(hào)來(lái)停止電源的工作,，起到故障保護(hù)。此種方式在主控芯片UC3879失效時(shí),，仍能停止電源的工作,，起到故障保護(hù)，原因在于其是通過(guò)關(guān)斷芯片的供電電源來(lái)達(dá)到保護(hù)動(dòng)作,。

2.4 輸出電壓的零電壓起調(diào)

本文電源的研制中,，實(shí)驗(yàn)證明在電壓基準(zhǔn)為零時(shí)，輸出電壓不為零,，原因是主功率電路采用移相全橋ZVS拓?fù)?，控制方式是通過(guò)主功率管間的移相角來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)，此類控制方式非常適合在可調(diào)電源中應(yīng)用,；但是也決定了電壓基準(zhǔn)為零時(shí),，由于主功率管的處于導(dǎo)通狀態(tài)，功率管間的移相角很難為零,，輸出電壓因此不為零,。無(wú)法單獨(dú)通過(guò)加死負(fù)載來(lái)解決輸出電壓的零電壓起調(diào),。本文研制的電源由運(yùn)放、三極管及小阻值的功率電阻組成一個(gè)本質(zhì)為斬波器的電路,，通過(guò)將輸出電壓,、輸出電流及電壓基準(zhǔn)(電壓環(huán)控制基準(zhǔn)耐)引入該電路，使此電路工作于輸出零電壓的一小段狀態(tài)內(nèi),，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的零電壓起調(diào),。實(shí)驗(yàn)證明該電源可以在0～60V范圍內(nèi)任意設(shè)定輸出。

“電壓”表實(shí)時(shí)觀測(cè)輸出電壓,，“電流”表實(shí)時(shí)顯示當(dāng)時(shí)電壓負(fù)載電流值,。當(dāng)輸出電流大于電流設(shè)定的預(yù)置值時(shí)，電源將產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作,，輸出電壓將下降實(shí)現(xiàn)恒電流輸出。此時(shí),，可以調(diào)節(jié)“電流設(shè)定”旋鈕,，順時(shí)針為增大方向，來(lái)增加電流設(shè)定的預(yù)置值,，來(lái)使輸出電壓達(dá)到設(shè)定值,。過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作發(fā)生時(shí)，“工作指示”燈熄滅,，此時(shí)電源主功率部分被關(guān)斷不向外部輸出功率,，只有通過(guò)關(guān)斷“電源開(kāi)關(guān)”重啟電源來(lái)消除過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際測(cè)試,，本文研制的電源在3kW 負(fù)載下可以長(zhǎng)期運(yùn)行,，達(dá)到了電源的設(shè)計(jì)要求；主要技術(shù)指標(biāo)：輸入電壓范圍220+10%V(AC),，單相,，頻率50+10%Hz；典型效率90%以上,；輸出電壓DC0～60V連續(xù)可調(diào),；輸出電流最大50A(可任意設(shè)定限流點(diǎn))；功率3000W,；負(fù)載調(diào)整率≤0.5%,；紋波啪≤20mV，V P~<200mV,。保護(hù)功能：過(guò)流保護(hù),、過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù),。