HT-220/10高頻開關(guān)電源的研制

摘要：使用無損吸收電路，能夠提高硬開關(guān)PFC的工作頻率，并降低開關(guān)損耗。應(yīng)用全橋移相軟開關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了DC/DC變換器的大功率輸出。通過應(yīng)用這兩種技術(shù)，研制HF220/10型高頻開關(guān)電源。

關(guān)鍵詞：無損吸收PFC變換器ZVS?FB

1前言

目前，在我國的變電站、發(fā)電站等使用直流電的場合，普遍都是采用相控電源。體積大、效率低、性能指標(biāo)差等是這種電源的缺點(diǎn)。隨著高頻開關(guān)變換技術(shù)的發(fā)展，這種缺點(diǎn)變得日益突出了。特別是近年來，器件和電能變換技術(shù)的發(fā)展，促使高頻開關(guān)電源走向小型化、重量更輕、效率更高。西安華騰光電有限責(zé)任公司正是順應(yīng)這一歷史潮流開發(fā)出了HT?220/10型高頻開關(guān)電源。

HT?220/10型高頻開關(guān)電源是專為分合閘繼電器動力母線設(shè)計的直流電源。該型號系單相AC220V（±15％)輸入，DC286V/10A輸出的高性能穩(wěn)壓電源。其輸入采用無損吸收、PFC校正電路，直流變換部分采用最新的全橋移相軟開關(guān)技術(shù)（ZVS?FB)。這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，使本機(jī)具有較高的效率，功率因數(shù)≥0.99，THD≤5％，效率≥92％。

圖1PFC主電路原理圖

2無損吸收PFC電路

如圖1所示的無損吸收PFC主電路的原理圖。圖中B1為整流橋，L1為PFC升壓電感，D1為隔直二極管，S1為開關(guān)管，C1，C2，D2，D3和D4，L2組成無損吸收網(wǎng)路，C3為輸出濾波電容。具體分析過程如下：當(dāng)S1斷開前，C2中的能量通過D5及L2轉(zhuǎn)移到了C1中，C2的電壓降至0。C1的極性如圖1所示。當(dāng)S1斷開時，C2上開始為零電壓，L1中的電流通過D3給C2充電，直到D1導(dǎo)通為止。并且C2的電位通過D4、D5箝位到輸出電壓。同時C1通過D2向負(fù)載放電，能抑制S1漏極上電壓的上升時間，從而充分地保證S1關(guān)斷在零電壓狀態(tài)下。當(dāng)S1合上時，C1的左端通過S1接地，電容C2上的電荷通過D5、L2轉(zhuǎn)移到C1中。當(dāng)開關(guān)再次關(guān)斷的時候，重復(fù)上述過程。

3DC/DC變換器電路

HT?220/10型電源的直流變換部分采用ZVS?ZCS?FB技術(shù)，其具體的主電路如圖2所示，圖中S1～S4為開關(guān)管，帶反并聯(lián)二極管，C1為隔直電容，Lr為諧振電感，L為輸出濾波電感，C0為輸出濾波電容，R為負(fù)載，其中S1、S2為超前橋臂，S3、S4為滯后橋臂。其基本工作電壓波形如圖3所示。圖中Ip＊為傳統(tǒng)的ZVS?FB變換器的原邊電流波形，Ip為ZVS?ZCS?FB變換器的原邊電流波形，圖3中的ICS1為ZCS電路中電容的充放電波形。

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圖2DC/DC主電路原理圖

圖3ZVS?ZCS?FB變換器波形圖

4監(jiān)控單元本機(jī)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)比較簡單，顯示單元部分使用3位LED和LED光柱，電壓顯示用LED數(shù)字顯示，電流顯示用20位的LED光柱。當(dāng)滿載輸出時，20位LED全部點(diǎn)亮，D/A采樣選用TI公司的TIL561710位D/A轉(zhuǎn)換器，中央控制器單元采用89C52單片機(jī)對各單元進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。其數(shù)字電路部分如圖4所示。

圖4數(shù)字電路圖

5整機(jī)接口

本機(jī)的對外接口分為交流輸入接口，直流輸出接口和控制接口，而且所有的接口為直接插拔方式。控制接口包括RS485總線，模擬電壓外控，電流外控和報警接口。交流輸入有軟起動電路防止電網(wǎng)浪涌電壓，直流輸出隔直二極管，防止電流倒灌。控制接口也包括防短路保護(hù)電路，以避免在插拔過程中產(chǎn)生瞬態(tài)電壓燒壞器件。

6結(jié)語

從以上可知，HT?220/10型單機(jī)輸入高頻開關(guān)電源的基本特點(diǎn)如下

（1）輸入采用無損吸收的有源PFC，不但使本機(jī)

變換具有較高的效率，而且使輸入功率因數(shù)可達(dá)到0?99；

（2）DC/DC變換部分采用ZVS?ZCS?FB結(jié)構(gòu)，提

高了整機(jī)效率，降低了開關(guān)損耗；

（3）本機(jī)配置了簡單的CPU控制單元使模擬控

制和數(shù)字控制相結(jié)合，有利于用戶的方便使用；

（4）輸入、輸出和控制的插拔接口，方便了用戶更

換電源模塊。

總之，HT?220/10型電源的小型化，高效以及方便可靠是本電源的幾大特點(diǎn)。10A模塊體積僅為370mm×110mm×200mm。

參考文獻(xiàn)

1葉治政.開關(guān)穩(wěn)壓電源.第一版.北京：高等教育出版社,1988

2張占松,蔡選三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計.中國電子工業(yè)出版社,1998

3葉慧貞,楊興洲.新穎開關(guān)穩(wěn)壓電源.北京：國防工業(yè)出版社,1999

4蘇開才,毛宗源.現(xiàn)代功率電子技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社,1995