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

1、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)浜啙?、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

2、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?，故選用單管反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。針對(duì)這一結(jié)構(gòu)主功率開關(guān)上必須加緩沖電路，否則開關(guān)管關(guān)斷時(shí)漏感能量無處釋放，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，考慮電路開關(guān)頻率較高（80kHz），所以LCD緩沖不可??；而采用有源箝位，箝位開關(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緩沖具有無源、電路簡潔的特點(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

3、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)，開環(huán)不能開路，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 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

4、為總輸出功率的1/5，則 Bm=B（1） 式中：Bm為最大磁密； B為偏置點(diǎn)磁密。 則磁密變化量B為 B=2(BmB)（2） 原邊匝數(shù)N1為 N1= （3） 式中：Uimin為最小輸入電壓； tonmax為開關(guān)管最大導(dǎo)通時(shí)間； S為磁芯截面積。 電流臨界連續(xù)時(shí)原邊電感L1min為 L1min=（4） 式中：Pomin為臨界連續(xù)功率； Ts為開關(guān)周期； 為變換效率。 儲(chǔ)能式變壓器磁芯氣隙為 =（5） 式中：I1p為原邊最大峰值電流； 0為真空的磁導(dǎo)率。 3.2 功率開關(guān)管 開關(guān)管的電壓應(yīng)力UDS和電流應(yīng)力I1p分別為 UDS=UimaxUo (6.a) I1p=I1avgI=tonmax (6.

5、b) 式中：I1avg為原邊電感電流平均值； I為原邊電流脈動(dòng)值。 3.3 整流二極管 二極管D5的電壓應(yīng)力UD5和電流應(yīng)力ID5p分別為 UD5=UiUo(7.a) ID5p=I2p(7.b) 式中：I2p為副邊最大峰值電流。 3.4 RCD箝位電路 箝位電容C6為 C6（8） 式中：Ureset為箝位電容C6的初始電壓； L1K為變壓器原邊對(duì)副邊的漏感。 箝位電阻R3要滿足 (UDSUi)Uo（9） 式中：toff為開關(guān)管的截止時(shí)間。 3.5 死負(fù)載R10的選取 由于空載時(shí)占空比非常小，且會(huì)引起間歇振蕩，需加上死負(fù)載，其值在調(diào)試中決定，在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，其阻值越大越好。 4 原理樣機(jī)試驗(yàn)

6、 設(shè)計(jì)實(shí)例：額定輸出功率1000W，輸入電壓27V，輸出電壓190V，開關(guān)頻率80kHz，儲(chǔ)能式變壓器磁芯R2KBDPM74，繞組匝數(shù)N1/N2=4/28，磁芯氣隙3.2mm，最大占空比為0.6，箝位電阻R3為51，箝位電容C6為5.6F，箝位二極管D2為DSEI60-06，整流管D5為DSEI30-10，死負(fù)載R10取為10k；電流互感器CT1的匝比是1/250，磁芯采用27超微金磁環(huán)。 樣機(jī)試驗(yàn)波形如圖3所示，圖3（a）、（b）分別是空載時(shí)的開關(guān)管的電流波形和漏源電壓波形，其中電流波形是從取樣電阻R6上測得；圖3（c）、（d）分別是滿載時(shí)的開關(guān)管的電流波形和漏源電壓波形。該電源從空載到滿載

7、時(shí)，輸出電壓波動(dòng)小于1Uo，說明電源的負(fù)載調(diào)整率是相當(dāng)高的。 CH1 5V CH2 25V M 5 s CH1: ugs CH2: id （ a） 空 載 功 率 開 關(guān) 電 流 波 形 CH1 5V CH2 100A M 5 s CH1: ugs CH2: uds （ b） 空 載 功 率 開 關(guān) 漏 源 電 壓 波 形 CH1 5V CH2 25V M 5 s CH1: ugs CH2: id （ c） 滿 載 功 率 開 關(guān) 電 流 波 形 CH1 5V CH2 100A M 5 s CH1: ugs CH2: uds （ d） 滿 載 功 率 開 關(guān) 漏 源 電 壓 波 形 圖3 原理樣機(jī)試驗(yàn)波形 5 結(jié)語 反激式變換器完全可用于大功率場所，且具有體