本文詳細講述了3kW 大功率可調(diào)電源的研制情況，為軟開關(guān)技術(shù)在軍用領(lǐng)域的應(yīng)用做了有意的探索與嘗試。

1 工作原理與研制難點

3kW大功率可調(diào)電源通過將輸入的市電進行整流、再通過PFC單元進行功率因數(shù)校正變換成

移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" title="移相全橋">移相全橋" 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高壓直流電供給主功率變換部分，主功率變換部分采用軟開關(guān)ZVS技術(shù)進行功率變換，通過電壓基準(電壓環(huán)控制基準 耐)、電流基準(電流環(huán)控制基準 )對輸出電壓和輸出電流的最大值進行設(shè)置。3kW大功率可調(diào)電源采用ZVS型移相全橋的電路拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)主功率變換部分，使用ZVS型移相全橋的電路拓撲結(jié)構(gòu)使該電源具有了較高的轉(zhuǎn)換效率，輸出紋波的峰一峰值大為改善(50mV以內(nèi))。

3kW大功率可調(diào)電源在技術(shù)上的實現(xiàn)難點最主要有三點：

(1)采用何種方式在輸出輕載下實現(xiàn)主功率管的軟開關(guān)(ZVS)；

(2)輸出電壓在0～60V范圍內(nèi)任意設(shè)定，輸出電流在0～50A內(nèi)任意變化時保持電源穩(wěn)定工作；

(3)如何實現(xiàn)輸出電壓的零電壓起調(diào)。

2 主要功能的實現(xiàn)

2.1 輸入部分的實現(xiàn)

輸入部分設(shè)計有保護電路，在啟動過程中監(jiān)視PFC的輸出電壓，當PFC電壓建立后，給出“允許主功率部分工作”信號，當主功率部分接受到此信號才開始工作。當PFC的輸出發(fā)生過、欠壓時切斷“允許主功率部分工作”信號，使主功率部分停止工作。

2.2 主功率部分的實現(xiàn)

移相全橋ZVS電路在輸出輕載下實現(xiàn)主功率管的軟開關(guān)(ZVS)，主要方法有變壓器原邊電路串人飽和電感，采用輔助諧振網(wǎng)絡(luò)(有多種實現(xiàn)方式)，以及參考文獻[4]中提到的新型移相全橋ZVS電路等。原邊回路串人飽和電感(增加諧振電感)會使輕載時主功率變換部分效率很低，同時使主功率變換部分副邊占空比丟失現(xiàn)象加劇。在實際應(yīng)用中確定飽和電感很困難，因此一般是使用高頻電感。參考文獻[1]中介紹拆焊國外350V/10A軍用電源時，發(fā)現(xiàn)主功率變壓器原邊繞組串聯(lián)的附加諧振電感器，是一種直徑為q~33mm的鐵硅鋁磁環(huán)，繞組用多股細線繞3.5圈，電感量為3.2lxH。本文研制的3kW大功率可調(diào)電源在實驗中發(fā)現(xiàn)，加入飽和電感(增加諧振電感)對原邊電流波形有改善，但是原邊電壓波形隨著飽和電感電感值的增加而波形上的毛刺加大。一般折中考慮，可以使用微亨級鐵硅鋁材料的電感。

本文中研制的電源經(jīng)過綜合考慮采用輔助諧振網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)輸出輕載下主功率管的軟開關(guān)(ZVS)。主功率變換部分電路如圖2所示。主功率變換部分采用移相全橋ZVS電路， 、c日 、 、D 、D止組成輔助諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)于采用移相全橋ZVS的滯后橋臂，它不干擾主功率變壓器電路，功耗也小，其工作狀態(tài)不受負載電流大小的影響。輔助諧振網(wǎng)絡(luò)能使滯后橋臂開關(guān)管在輕載時實現(xiàn)ZVS，明顯減小占空比丟失，提高了電源的效率和可靠性。

輔助諧振網(wǎng)絡(luò)的電流增強原理是：當滯后橋臂下管S 關(guān)斷時，輔助電感的電流與原邊電流同時流入節(jié)點B；而當滯后橋臂上管S 關(guān)斷時，它們又同時流出節(jié)點B。也就是說兩種電流同時對并聯(lián)電容器充電、放電，它在各種負載電流時，特別是在輕載或者空載等惡劣條件下，也能在S 、s4開通之前，抽掉并聯(lián)電容器中的電荷，實現(xiàn)完滿的零電壓開關(guān)ZVS。

為串入主電路的電感，由于輔助諧振網(wǎng)絡(luò)的存在， 可以大大減小甚至取消。在本文中設(shè)計的3kW大功率可調(diào)電源沒有使用飽和電感厶，而是只使用了輔助諧振網(wǎng)絡(luò)。圖3給出了輸出12.9V/10A時滯后橋臂MOS管s 的d、s間及 s間的電壓波形。可以看出在輸出功率為設(shè)計功率的4%左右時滯后橋臂已經(jīng)實現(xiàn)了零電壓開關(guān)。通過參考文獻[2】的理論分析可知，超前橋臂此時一定實現(xiàn)了零電壓開關(guān)。

2.3 電源控制環(huán)路和軟啟動的實現(xiàn)

由于本電源要求輸出電壓在0-60V范圍內(nèi)任意設(shè)定，輸出電流在0~50A內(nèi)任意變化時保持電源穩(wěn)定工作，這就對電源的控制電路有很高的要求。本文研制的電源采用外加運放組成電壓環(huán)、電流環(huán)結(jié)合的控制環(huán)與主控芯片相結(jié)合的方法；實驗證明電源輸出電壓在0~60V范圍內(nèi)任意設(shè)定，輸出電流在0-50A內(nèi)任意變化時電源穩(wěn)定工作。

由于該電源的主控芯片采用UC3879，是一種電壓型控制芯片，而且在本課題應(yīng)用中為了實現(xiàn)大功率全范圍穩(wěn)定工作，反饋控制環(huán)路的設(shè)計中很難兼顧輸出啟動特性；同時本課題的電源輸出功率大，通過控制芯片UC3879的軟啟動腳未能實現(xiàn)輸出軟啟動，輸出有啟動過沖問題。本課題單獨設(shè)計了軟啟動電路如圖4所示，解決了輸出啟動過沖問題；另外輸出保護電路檢測到故障后，通過主功率工作使能信號來停止電源的工作，起到故障保護。此種方式在主控芯片UC3879失效時，仍能停止電源的工作，起到故障保護，原因在于其是通過關(guān)斷芯片的供電電源來達到保護動作。

2.4 輸出電壓的零電壓起調(diào)

本文電源的研制中，實驗證明在電壓基準為零時，輸出電壓不為零，原因是主功率電路采用移相全橋ZVS拓撲，控制方式是通過主功率管間的移相角來實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)，此類控制方式非常適合在可調(diào)電源中應(yīng)用；但是也決定了電壓基準為零時，由于主功率管的處于導(dǎo)通狀態(tài)，功率管間的移相角很難為零，輸出電壓因此不為零。無法單獨通過加死負載來解決輸出電壓的零電壓起調(diào)。本文研制的電源由運放、三極管及小阻值的功率電阻組成一個本質(zhì)為斬波器的電路，通過將輸出電壓、輸出電流及電壓基準(電壓環(huán)控制基準耐)引入該電路，使此電路工作于輸出零電壓的一小段狀態(tài)內(nèi)，實現(xiàn)輸出電壓的零電壓起調(diào)。實驗證明該電源可以在0～60V范圍內(nèi)任意設(shè)定輸出。

“電壓”表實時觀測輸出電壓，“電流”表實時顯示當時電壓負載電流值。當輸出電流大于電流設(shè)定的預(yù)置值時，電源將產(chǎn)生保護動作，輸出電壓將下降實現(xiàn)恒電流輸出。此時，可以調(diào)節(jié)“電流設(shè)定”旋鈕，順時針為增大方向，來增加電流設(shè)定的預(yù)置值，來使輸出電壓達到設(shè)定值。過壓保護動作發(fā)生時，“工作指示”燈熄滅，此時電源主功率部分被關(guān)斷不向外部輸出功率，只有通過關(guān)斷“電源開關(guān)”重啟電源來消除過壓保護動作。

4 結(jié)語

通過實際測試，本文研制的電源在3kW 負載下可以長期運行，達到了電源的設(shè)計要求；主要技術(shù)指標：輸入電壓范圍220+10%V(AC)，單相，頻率50+10%Hz；典型效率90%以上；輸出電壓DC0～60V連續(xù)可調(diào)；輸出電流最大50A(可任意設(shè)定限流點)；功率3000W；負載調(diào)整率≤0.5%；紋波啪≤20mV，V P~<200mV。保護功能：過流保護、過壓保護、短路保護。