專家給你深入解析電鍍用移相全橋軟開關電路
發布時間:2014-10-20 責任編輯:mikeliu
【導讀】電(dian)鍍(du)的(de)電(dian)源(yuan)與(yu)普(pu)通(tong)電(dian)源(yuan)的(de)不(bu)同(tong)之(zhi)處(chu)在(zai)於(yu)電(dian)鍍(du)電(dian)源(yuan)需(xu)要(yao)電(dian)流(liu)輸(shu)出(chu),而(er)且(qie)對(dui)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)要(yao)求(qiu)較(jiao)低(di)。電(dian)鍍(du)電(dian)源(yuan)功(gong)率(lv)較(jiao)大(da),因(yin)此(ci)多(duo)數(shu)采(cai)用(yong)晶(jing)閘(zha)管(guan)相(xiang)控(kong)整(zheng)流(liu)方(fang)式(shi)。本(ben)文(wen)中(zhong)深(shen)入(ru)解(jie)析(xi)了(le)電(dian)鍍(du)用(yong)開關電源,電流從0-5000A,輸出電壓從0-12V連續可調,60KW的滿載輸出功率。
零電壓軟開關
高頻全橋逆變器的控製方式為移相FB2ZVS控製方式,控製芯片采用Unitrode 公司生產的UC3875N。超前橋臂在全負載範圍內實現了零電壓軟開關,滯後橋臂在75 %以上負載範圍內實現了零電壓軟開關。圖2 為滯後橋臂IGBT 的驅動電壓和集射極電壓波形,可以看出實現了零電壓開通。
開關頻率選擇20kHz ,這樣設計一方麵可以減小IGBT的關斷損耗,另一方麵又可以兼顧高頻化,使功率變壓器及輸出濾波環節的體積減小。

圖1:IGBT驅動電壓和集射極電壓波形圖
主電路拓撲結構
考慮到對大電流輸出的需要,在主電路的高頻逆變部分,本設計選用了IGBT作為功率開關器件的全橋拓撲結構。整個主電路如圖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、輸出整流環節、輸出LC 濾波器等。
為了防止偏磁,電路中包含了隔直電容Cb,用它來對變壓器的伏秒值進行平衡。考慮到效率的問題,諧振電感LS zhiliyonglebianyaqibenshendelougan。yinweiruguogaidiangantaida,jianghuidaozhiguogaodeguanduandianyajianfeng,zheduikaiguanguanjiweibuli,tongshiyehuizengdaguanduansunhao。lingyifangmian,haihuizaochengyanzhongdezhankongbidiushi,yinqikaiguanqijiandedianliufengzhizenggao,shidexitongdexingnengjiangdi。

圖2:主電路原理圖
對dui輸shu出chu電dian流liu進jin行xing限xian製zhi,是shi為wei了le對dui電dian源yuan當dang中zhong的de開kai關guan元yuan件jian進jin行xing保bao護hu,以yi免mian出chu現xian超chao出chu過guo載zai承cheng受shou能neng力li的de情qing況kuang。因yin此ci,控kong製zhi電dian路lu采cai用yong電dian壓ya電dian流liu雙shuang環huan結jie構gou(內環為電流環,外環為電壓環) ,調節器均為PID。圖3 為(wei)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)的(de)原(yuan)理(li)框(kuang)圖(tu)。加(jia)入(ru)電(dian)流(liu)內(nei)環(huan)後(hou),不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)對(dui)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)加(jia)以(yi)限(xian)製(zhi),並(bing)且(qie)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)輸(shu)出(chu)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying),有(you)利(li)於(yu)減(jian)小(xiao)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)紋(wen)波(bo)。

圖3:控製電路的原理框圖
[page]在本設計當中,大量運用了穩壓和穩流的控製電路,圖4為穩壓穩流自動轉換電路。其工作原理是:穩流工作時,電壓環飽和,電壓環輸出大於電流給定,從而電壓環不起作用,隻有電流環工作;zaiwenyagongzuoshi,dianyahuantuibaohe,dianliugeidingdayudianyahuandeshuchu,dianliugeidingyunsuanfangdaqibaohe,dianliugeidingbuqizuoyong,dianyahuanjidianliuhuantongshigongzuo,cishidekongzhiqiweishuanghuanjiegou。zhezhongkongzhifangshishideshuchudianya、輸出電流均限製在給定範圍內,具體的工作方式由給定電壓、給定電流及負載三者決定。

圖4:穩壓穩流自動轉換電路
以縮小體積增長效率為目的,本設計采用了軟開關的技術,電源實際容量為60kw高頻全橋逆變器的控製方式為移相FB2ZVS 控製方式,它利用變壓器的漏感及管子的寄生電容諧振來實現ZVS。控製芯片采用Unitrode 公司生產的UC3875N。通過移相控製,超前橋臂在全負載範圍內實現了零電壓軟開關,滯後橋臂在75 %以上的負載範圍內實現了零電壓軟開關。
在(zai)本(ben)次(ci)設(she)計(ji)中(zhong),電(dian)鍍(du)電(dian)源(yuan)采(cai)用(yong)移(yi)相(xiang)全(quan)橋(qiao)的(de)軟(ruan)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)。從(cong)主(zhu)電(dian)路(lu)拓(tuo)撲(pu)到(dao)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)的(de)設(she)計(ji),有(you)效(xiao)的(de)減(jian)少(shao)了(le)開(kai)關(guan)的(de)損(sun)耗(hao)以(yi)及(ji)噪(zao)聲(sheng)問(wen)題(ti),而(er)且(qie)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)在(zai)零(ling)電(dian)壓(ya)狀(zhuang)態(tai)實(shi)現(xian)了(le)軟(ruan)開(kai)關(guan)。
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