大功率裝置用多路輸出高壓隔離新型開關電源設計

第五部分包括T₁，T₂，……T_n是一些特殊結構的變壓器和電流i₂的電纜線的引線電感L₄。為了減小這個新型電源的體積，功率開關管必須工作在一個很高的頻率下。這里采用了多諧振蕩零電壓軟開關技術減小開關損耗，減小器件的電壓電流應力，并獲得良好的電磁兼容性。所有8個功率開關管都工作在軟開關模式下。R₃是一個電流檢測電阻用作電源的短路保護。R₄是另一個電流檢測電阻，用來實現(xiàn)電流I₁的閉環(huán)控制。

3 控制電路

控制電路的主要功能就是產(chǎn)生驅動信號，控制主電路產(chǎn)生一個幅值恒定的高頻電流。為了使電流幅值恒定，采用了如上節(jié)所述的雙Buck變換器電路。這個雙Buck變換器控制電路的主要部分包括一個電流反饋的PI調節(jié)器和一個PWM信號發(fā)生器。單相橋式變換器的控制電路用以產(chǎn)生如圖3（c）和圖3（d）所示的控制信號。所有上述的功能只要用一片集成芯片UC3875就可以實現(xiàn)。UC3875產(chǎn)生的驅動信號使兩個對角開關管的開關動作相對于另兩個對角開關管的開關動作產(chǎn)生相移，實現(xiàn)了對橋式功率級的控制，能夠在很高的頻率下允許固定頻率PWM調節(jié)結合諧振零電壓軟開關，實現(xiàn)高效率。

4 輸出變壓器

采用磁環(huán)做輸出變壓器，每個輸出變壓器的原邊僅有一匝，即高頻交流電流i₂流經(jīng)的一根穿過所有輸出變壓器磁環(huán)的高壓絕緣電纜線。通過輸出變壓器的增減，驅動電源路數(shù)能夠很容易地實現(xiàn)增減。如果電流I₁和整流器的輸出電壓足夠高，僅一個電源就能夠實現(xiàn)大量的隔離輸出。新型電源每個輸出單元都可以很容易地放置，只要把它們安裝在相應晶閘管附近，用電纜線穿過所有磁環(huán)，用光纖傳送DSP輸出的驅動信號，既可實現(xiàn)整個裝置的電能與信號分開傳送，又可滿足限流器中晶閘管安裝的需要。因為，這些晶閘管被使用在高壓電力電子裝置中，每二個晶閘管的驅動電路之間的隔離電壓必須足夠地高。如果采用一根高壓絕緣電纜線作為輸出變壓器的原邊繞組，這樣原邊繞組與副邊繞組之間的隔離電壓至少等于這根高壓絕緣電纜線的絕緣電壓。這樣，只要使用一根超高壓絕緣的電纜線，變壓器的原副邊的隔離電壓就可以達到相當高的等級。由于原邊繞組的匝數(shù)僅有一匝，因此，要求導磁體具有很高的導磁率，磁環(huán)的磁路長度必須盡可能地短，而磁環(huán)的截面積則要求盡可能地大，以獲得良好的電磁耦合效果，降低激磁電流。

5 副邊電路

圖2第二部分所示是輔助電源的主電路，它的其它部分如圖4（a）所示。端子J及K與圖2中相同的端子相連。而新型電源隔離輸出的副邊電路如圖4（b）所示。由二極管D₁—D₄組成的整流橋，把交流電流變成了直流電流。由電阻R₁—R₇，并聯(lián)穩(wěn)壓器Z₁，晶體管S₁和MOSFET S₂組成的電路把這個直流電流變成一個穩(wěn)定的電壓。即形成一路驅動電源。

6 仿真波形和實驗結果

為了確認設計電源的有效性，對圖2及圖4所示電路進行了仿真。仿真結果如圖5所示。仿真依據(jù)的主要參數(shù)如下：L₁=1mH，L₂=L₃=L₄=15μH，C₄=C₅=C₆=C₇=1μF。

(a) 輔助電源的副邊電路

(b) 隔離輸出的副邊電路

圖4 副邊電路