10kW全桥移相ZVSPWM整流模块的设计

介绍10kW全桥移相ZVSPWM DC整流模块主电路和控制电路的设计，给出主变压器和谐振电感的参数计算，较后给出实验波形。关键词：全桥相移；零电压开关；分类号：文件识别码：文章编号：0简介

在大型发电厂中，由于DC负载大，电池的容量通常在2000安培小时以上。如果使用常规的10A或20A开关整流模块，一般需要并联20个以上的模块，并联数量太大，会对模块间的均流产生一定的影响，可以吃圆。当你谈到你的大脑和你的樱花时，你是不是又累又迷茫？还有不到0。目前，电厂中有许多大容量DC充电电源，因此有必要为电厂用户开发大容量开关整流器充电电源。本文介绍的10kW全桥移相ZVSPWM整流模块考虑了这一要求。采用带箝位二极管的ZVS-FB PWM DC变换技术，控制电路采用UC3879专用全桥移相控制芯片，采用轻载降低开关频率等技术，具有重量轻、效率高的优点。

1整流模块主电路设计及参数计算

整流模块的主电路框图如图1所示，由输入EMI滤波器、整流滤波器、ZVS全桥变换器、输出整流滤波器和输出EMI滤波器组成。

图1主电路原理框图

在图1中，全桥相移ZVS变换器由开关管S1-S4、箝位二极管D1和D2、谐振电感Lr、DC阻断电容Cb、干线变压器T1、吸收电阻和电容组成，其中S1和S3是主导管，S2和S4是滞后管。S1(S3)领先S4(S2)一个角度，即相移角。S1 ~ S4由IGBT单管并联组成，开关频率约为25kHz。

1.1干式变压器参数设计

由于设计的全桥移相ZVSPWM整流模块较大输出功率接近10kW，如果使用常规铁氧体磁芯，由于功率比较大，所以磁芯没有选好，实际设计中采用了超微晶磁环。与铁氧体相比，超微晶材料具有较高的饱和磁密度(高达1.2~1.6T)、较低的损耗和优异的温度稳定性等优点，非常适合用作大功率开关电源主变压器的磁芯。

该模块的输入输出指标为输入304 ~ 456 V，输出198 ~ 286 V/35a。

1)DC母线较小电压Vdmin

VdminVinmin1.35=410.4V(1)

其中，Vinmin是304V三相输入电压的较低值。

2)干式变压器二次侧较小电压V2min

v2min=(Vomax+VD+Vr)/Dmax=(286+3+2)/0.95=306.3V(2)

其中：Vomax为模块较高输出电压，取286V；

VD是整流二极管的压降，为3v；

Vr是干式变压器二次绕组的内阻压降和线压降，为2v；

Dmax是较大占空比，取0.95。

3)干式变压器的变比N

n=Vdmin/V2min=410.4/306.3=1.33

实际干式变压器一次侧21匝，二次侧16匝，变比21/16=1.3125。

1.2谐振电感Lr参数的设计

在全桥移相ZVS变换器中，在引线管S1(S3)的开关过程中，由于输出滤波电感L1与谐振电感Lr串联，而L1一般大于谐振电感，所以引线管很容易实现ZVS。在滞环管S2(S4)的切换过程中，由于干式变压器的二次侧短路，ZVS是通过谐振电感Lr的能量实现的，因此滞环管很难实现ZVS，一般设计为在1/3满负荷以上实现零电压切换。 #p#分页标题#e#

Lr=8CmosVdmax2/3I12[2](3)

公式中，Cmos为开关管的漏源电容(包括外部分流电容)，实际取3300pF；

Vdmax是DC母线电压的较大值，取值为

1.35456=615.6v；

当滞后臂开关管关闭时，I1是主要电流。

I1=(Imoax/3+I1f/2)/n(4)

其中：Iomax

图2中，ISET为限流设定值，VSET为电压设定值，分别由微处理器产生；IO为输出电流值，VFB为输出电压反馈值；SHT为故障停机信号，IPR为一次电流采样值。

UC3879采用电流模式PWM控制方式，将干式变压器的一次电流引入芯片，提高了模块的瞬态响应速度。UC3879输出的OA、OB、OC、OD信号通过TLP250光耦构成驱动电路，分别驱动S1 ~ S44组开关管。OA/OB和OC/OD相位互补，OA(OB)领先OC(OD)一定的相移角。

由于全桥移相开关管采用IGBT，电流关断时存在拖尾现象，开关管两端并联电容比较大，空载损耗比较大。因此，设计中采用了降低模块轻载时开关频率的方法，即当输出电流为0.5A时，适当降低开关频率；当输出电流为0.5A时，模块的开关频率将恢复到正常值。实际的频率降低电路如图3所示。“输入输出”是输出电流值，IREF是设定的电流阈值。当输出电流超过设定的电流阈值时，Q1接通，UC3879的振荡电阻变为R28和R17(R17见图2)并联；当输出电流小于设定的电流阈值时，Q1关闭，UC3879的振荡电阻为R17。

图3频率降低控制电路

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