電流型控制反激DC/DC變換器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹了一種大功率電流型控制反激DC/DC變換器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并提出了一種更簡(jiǎn)潔的儲(chǔ)能式變壓器的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)并研制成功1kW27V/190V樣機(jī)，具有過(guò)載短路能力強(qiáng)、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：反激變換器；大功率；電流控制

1 引言

靜止變流器一般采用DC27V/DC190V/AC115V400Hz的變換結(jié)構(gòu)，前級(jí)將輸入的27V直流電轉(zhuǎn)換為190V直流電，后級(jí)逆變環(huán)節(jié)將190V直流電變換為用電設(shè)備所需的115V/400Hz交流電。由于反激變換器具有電路拓?fù)浜?jiǎn)潔、輸入電壓范圍寬、輸入輸出電氣隔離、體積重量小等優(yōu)點(diǎn)，因而將其作為靜止變流器的前級(jí)電路拓?fù)洌瑢?huì)使整個(gè)靜止變流器的體積重量下降，以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。

2 電流型控制反激DC/DC變換器

2.1 功率電路

因?yàn)檩斎霝榈蛪捍箅娏鳎蔬x用單管反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。針對(duì)這一結(jié)構(gòu)主功率開(kāi)關(guān)上必須加緩沖電路，否則開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)漏感能量無(wú)處釋放，將會(huì)引起電壓尖峰擊穿功率管。常用的緩沖電路有LCD、RCD和有源箝位三種，考慮電路開(kāi)關(guān)頻率較高（80kHz），所以LCD緩沖不可?。欢捎糜性大槲?，箝位開(kāi)關(guān)管要取很大電流定額，且變壓器初級(jí)有很大環(huán)流不利于提高效率，故有源箝位也不可用；RCD緩沖具有無(wú)源、電路簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)，如果參數(shù)調(diào)試合理不會(huì)對(duì)效率造成太大影響，故被實(shí)驗(yàn)樣機(jī)采用。

圖1 RCD緩沖單管反激式變換器電路拓?fù)?

2.2 控制方案

反激變換器具有電流源性質(zhì)，開(kāi)環(huán)不能開(kāi)路，否則輸出電壓極高。作為靜止變流器的直流環(huán)節(jié)使用，當(dāng)后級(jí)逆變橋的四個(gè)功率管均關(guān)斷時(shí)，對(duì)前級(jí)的反激變換器輸出端就相當(dāng)于開(kāi)路，因而必須采用電壓閉環(huán)控制；同時(shí)為提高電源的性能，采用電流型控制技術(shù)，這種電流電壓雙閉環(huán)控制使系統(tǒng)具有瞬態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性高、內(nèi)在限流能力等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 電路組成

研制的1kW樣機(jī)電路，如圖2所示。整個(gè)電路的核心為UNITRODE公司的電流型PWM芯片UC3843N，該芯片原用于設(shè)計(jì)200W以下的小功率開(kāi)關(guān)電源，這里將其變通使用。Q₁、Q₂構(gòu)成圖騰柱以增大驅(qū)動(dòng)能力，Q₃作射極跟隨器取出UC3843的鋸齒波，CT1取樣主開(kāi)關(guān)管的電流信號(hào)，R₇、R₈將電流信號(hào)與鋸齒波相疊加作斜坡補(bǔ)償，以消除電流控制型調(diào)節(jié)器在占空比大于50％時(shí)固有的次諧波振蕩，R₇、R₈的比值可以決定斜坡補(bǔ)償?shù)纳疃取?i>R₁₃、D₆構(gòu)成基準(zhǔn)電壓源，Q₅為誤差放大管，光電耦合器U₃將誤差電壓反饋給UC3843N，構(gòu)成電壓閉環(huán)，同時(shí)保證電氣隔離。

圖2 原理樣機(jī)電路組成

3 關(guān)鍵電路參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 儲(chǔ)能式變壓器

設(shè)電流臨界連續(xù)時(shí)的功率為總輸出功率的1/5，則

B_m=B（1）

式中：B_m為最大磁密；

B為偏置點(diǎn)磁密。

則磁密變化量ΔB為

ΔB=2(B_m－B)（2）

原邊匝數(shù)N₁為

N₁= （3）

式中：U_imin為最小輸入電壓；

t_onmax為開(kāi)關(guān)管最大導(dǎo)通時(shí)間；