用于輸入交流400Hz場合的機(jī)載高頻開關(guān)電源解決方案

可用UC2854A控制主開關(guān)SWB，其緩沖電路是不需控制的，并且具有電路簡單的特點(diǎn)。其原理是將二極管DB反向恢復(fù)的能量和SWB關(guān)斷時(shí)儲(chǔ)存在C2中的能量在SWB導(dǎo)通時(shí)轉(zhuǎn)移到C1中。在SWB關(guān)斷時(shí)，L1中的儲(chǔ)能向C2充電，并通過D1、D2、D3轉(zhuǎn)移到CB中，同時(shí)也向CB放電，用這種電路實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷和零電流導(dǎo)通，有效地減少損耗，提高了電路的效率和可靠性。

該電路的主要特點(diǎn)是：

開關(guān)SWB上最大電壓為輸出電壓VL。

Boost二極管DB上最大反向電壓為VL+VE，VE值由IR、L1、C1及C2的相關(guān)值決定。

開關(guān)SWB上最大電流上升率由L1和V1決定，并且導(dǎo)通損耗和應(yīng)力很小。

開關(guān)SWB上最大電壓率由C2決定，并且關(guān)斷功耗和應(yīng)力很小。

在開關(guān)周期中，為獲得電流和電壓上升率的控制而儲(chǔ)存在L1和C2中的能量最終又回到輸出電源中，這樣確保電路真正的無損耗工作。

2.IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開關(guān)技術(shù)

圖3所示為IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開關(guān)電路及工作波形圖。與MOSFET相比，IGBT通態(tài)電壓很低，電流在關(guān)斷時(shí)很快下降到初始值的5%，但減少到零的時(shí)間較長，約1～1.5μs，在硬開關(guān)模式下會(huì)導(dǎo)致很大的開關(guān)損耗。在組合開關(guān)中，并聯(lián)MOSFET在IGBT關(guān)斷1.5μs后，拖尾電流已減少到接近零時(shí)才關(guān)斷。

圖3 IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開關(guān)電路及工作波形圖

這種技術(shù)因通態(tài)損耗很低而使得DC/DC變換器的效率很高。但需工作頻率相對(duì)較低，一般選取20～40kHz。由于半橋組合開關(guān)只需兩個(gè)開關(guān)，總的開關(guān)器件的數(shù)目少，使可靠性顯著提高。
3.半橋電路平衡控制技術(shù)

通過控制和調(diào)整 IGBT/MOSFET柵驅(qū)動(dòng)的延遲時(shí)間可使半橋平衡，避免變壓器偏磁飽和過流，燒毀開關(guān)管。這在脈沖較寬大時(shí)，很容易實(shí)現(xiàn)。但當(dāng)輕載或無載時(shí)，脈寬很窄 (例如小于0.3μs)，此時(shí)的IGBT/MOSFET延遲已取消。因此在窄脈寬時(shí)，為保持其平衡，我們采用了一個(gè)低頻振蕩器。當(dāng)脈寬小于0.3μs時(shí)，振蕩器起振使PWM發(fā)生器間歇工作，保持脈寬不小于0.3μs，以維持半橋平衡，使其在無載時(shí)能正常工作。

由于工作頻率較低，組合開關(guān)的開關(guān)損耗很小，通態(tài)損耗也很小。

圖4 半橋電路平衡控制電路

4.多重環(huán)路控制電路

平均電流模式控制系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)器，需要確定比例系數(shù)和零點(diǎn)兩個(gè)參數(shù)。調(diào)節(jié)器比例系數(shù)KP的計(jì)算原則是保證電流調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的上升階段斜率比鋸齒波斜率小，這樣電流環(huán)才會(huì)穩(wěn)定。零點(diǎn)選擇在較低的頻率范圍內(nèi)，在開關(guān)頻率所對(duì)應(yīng)的角頻率的1/10～1/20處，以獲得在開環(huán)截止頻率處較充足的相位裕量。

另外，在PI調(diào)節(jié)器中增加一個(gè)位于開關(guān)頻率附近的極點(diǎn)，用來消除開關(guān)過程中產(chǎn)生的噪聲對(duì)控制電路的干擾，這樣的PI調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 具有濾波功能的PI調(diào)節(jié)器

控制電路的核心是電壓、電流反饋控制信號(hào)的設(shè)計(jì)。為了保證在系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下提高反應(yīng)速度，設(shè)計(jì)了以電壓環(huán)為主的多重環(huán)路控制技術(shù)。電流環(huán)響應(yīng)負(fù)載電流變化，并且有限流功能。設(shè)計(jì)電路增加了對(duì)輸出電感電流采樣后的差分放大，隔直后加入到反饋環(huán)中參與控制，調(diào)節(jié)器增益可通過后級(jí)帶電位器的放大環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣電源工作在高精度恒壓狀態(tài)下，輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)，使電源在負(fù)載突變的情況下，沒有大的輸出電壓過沖。