10kW全橋移相ZVSPWM整流模塊的設計

介紹10kW全橋移相ZVSPWM DC整流模塊主電路和控制電路的設計，給出主變壓器和諧振電感的參數計算，較后給出實驗波形。關鍵詞：全橋相移；零電壓開關；分類號：文件識別碼：文章編號：0簡介

在大型發電廠中，由于DC負載大，電池的容量通常在2000安培小時以上。如果使用常規的10A或20A開關整流模塊，一般需要并聯20個以上的模塊，并聯數量太大，會對模塊間的均流產生一定的影響，可以吃圓。當你談到你的大腦和你的櫻花時，你是不是又累又迷茫？還有不到0。目前，電廠中有許多大容量DC充電電源，因此有必要為電廠用戶開發大容量開關整流器充電電源。本文介紹的10kW全橋移相ZVSPWM整流模塊考慮了這一要求。采用帶箝位二極管的ZVS-FB PWM DC變換技術，控制電路采用UC3879專用全橋移相控制芯片，采用輕載降低開關頻率等技術，具有重量輕、效率高的優點。

1整流模塊主電路設計及參數計算

整流模塊的主電路框圖如圖1所示，由輸入EMI濾波器、整流濾波器、ZVS全橋變換器、輸出整流濾波器和輸出EMI濾波器組成。

圖1主電路原理框圖

在圖1中，全橋相移ZVS變換器由開關管S1-S4、箝位二極管D1和D2、諧振電感Lr、DC阻斷電容Cb、干線變壓器T1、吸收電阻和電容組成，其中S1和S3是主導管，S2和S4是滯后管。S1(S3)領先S4(S2)一個角度，即相移角。S1 ~ S4由IGBT單管并聯組成，開關頻率約為25kHz。

1.1干式變壓器參數設計

由于設計的全橋移相ZVSPWM整流模塊較大輸出功率接近10kW，如果使用常規鐵氧體磁芯，由于功率比較大，所以磁芯沒有選好，實際設計中采用了超微晶磁環。與鐵氧體相比，超微晶材料具有較高的飽和磁密度(高達1.2~1.6T)、較低的損耗和優異的溫度穩定性等優點，非常適合用作大功率開關電源主變壓器的磁芯。

該模塊的輸入輸出指標為輸入304 ~ 456 V，輸出198 ~ 286 V/35a。

1)DC母線較小電壓Vdmin

VdminVinmin1.35=410.4V(1)

其中，Vinmin是304V三相輸入電壓的較低值。

2)干式變壓器二次側較小電壓V2min

v2min=(Vomax+VD+Vr)/Dmax=(286+3+2)/0.95=306.3V(2)

其中：Vomax為模塊較高輸出電壓，取286V；

VD是整流二極管的壓降，為3v；

Vr是干式變壓器二次繞組的內阻壓降和線壓降，為2v；

Dmax是較大占空比，取0.95。

3)干式變壓器的變比N

n=Vdmin/V2min=410.4/306.3=1.33

實際干式變壓器一次側21匝，二次側16匝，變比21/16=1.3125。

1.2諧振電感Lr參數的設計

在全橋移相ZVS變換器中，在引線管S1(S3)的開關過程中，由于輸出濾波電感L1與諧振電感Lr串聯，而L1一般大于諧振電感，所以引線管很容易實現ZVS。在滯環管S2(S4)的切換過程中，由于干式變壓器的二次側短路，ZVS是通過諧振電感Lr的能量實現的，因此滯環管很難實現ZVS，一般設計為在1/3滿負荷以上實現零電壓切換。 #p#分頁標題#e#

Lr=8CmosVdmax2/3I12[2](3)

公式中，Cmos為開關管的漏源電容(包括外部分流電容)，實際取3300pF；

Vdmax是DC母線電壓的較大值，取值為

1.35456=615.6v；

當滯后臂開關管關閉時，I1是主要電流。

I1=(Imoax/3+I1f/2)/n(4)

其中：Iomax

圖2中，ISET為限流設定值，VSET為電壓設定值，分別由微處理器產生；IO為輸出電流值，VFB為輸出電壓反饋值；SHT為故障停機信號，IPR為一次電流采樣值。

UC3879采用電流模式PWM控制方式，將干式變壓器的一次電流引入芯片，提高了模塊的瞬態響應速度。UC3879輸出的OA、OB、OC、OD信號通過TLP250光耦構成驅動電路，分別驅動S1 ~ S44組開關管。OA/OB和OC/OD相位互補，OA(OB)領先OC(OD)一定的相移角。

由于全橋移相開關管采用IGBT，電流關斷時存在拖尾現象，開關管兩端并聯電容比較大，空載損耗比較大。因此，設計中采用了降低模塊輕載時開關頻率的方法，即當輸出電流為0.5A時，適當降低開關頻率；當輸出電流為0.5A時，模塊的開關頻率將恢復到正常值。實際的頻率降低電路如圖3所示。“輸入輸出”是輸出電流值，IREF是設定的電流閾值。當輸出電流超過設定的電流閾值時，Q1接通，UC3879的振蕩電阻變為R28和R17(R17見圖2)并聯；當輸出電流小于設定的電流閾值時，Q1關閉，UC3879的振蕩電阻為R17。

圖3頻率降低控制電路

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