?

　　本文研究的3kW大功率可調電源是構成智能型高功率電源及功率管理系統的關鍵單元，其自身及其使用的技術可以滿足武器與軍用衛星的后續型號與未來各種彈、箭、星、船等航天飛行器的功率變換需求與功率控制的需求，同時可推廣應用到廣泛應用于戰略戰術導彈系統，車載電子系統、軍用衛星等領域。

　　本文詳細講述了3kW 大功率可調電源的研制情況，為軟開關技術在軍用領域的應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單元進行功率因數校正變換成

?

　　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ZVS技術進行功率變換，通過電壓基準(電壓環控制基準 耐)、電流基準(電流環控制基準 )對輸出電壓和輸出電流的最大值進行設置。3kW大功率可調電源采用ZVS型移相全橋的電路拓撲結構來實現主功率變換部分，使用ZVS型移相全橋的電路拓撲結構使該電源具有了較高的轉換效率，輸出紋波的峰一峰值大為改善(50mV以內)。

　　3kW大功率可調電源在技術上的實現難點最主要有三點：

　　(1)采用何種方式在輸出輕載下實現主功率管的軟開關(ZVS);

　　(2)輸出電壓在0～60V范圍內任意設定，輸出電流在0～50A內任意變化時保持電源穩定工作;

　　(3)如何實現輸出電壓的零電壓起調。

　　2 主要功能的實現

　　2.1 輸入部分的實現

　　輸入部分設計有保護電路，在啟動過程中監視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

　　移相全橋ZVS電路在輸出輕載下實現主功率管的軟開關(ZVS)，主要方法有變壓器原邊電路串人飽和電感，采用輔助諧振網絡(有多種實現方式)，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象加劇。在實際應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，發現主功率變壓器原邊繞組串聯的附加諧振電感器，是一種直徑為q~33mm的鐵硅鋁磁環，繞組用多股細線繞3.5圈，電感量為3.2lxH。本文研制的3kW大功率可調電源在實驗中發現，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過綜合考慮采用輔助諧振網絡來實現輸出輕載下主功率管的軟開關(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止組成輔助諧振網絡并聯于采用移相全橋ZVS的滯后橋臂，它不干擾主功率變壓器電路，功耗也小，其工作狀態不受負載電流大小的影響。輔助諧振網絡能使滯后橋臂開關管在輕載時實現ZVS，明顯減小占空比丟失，提高了電源的效率和可靠性。

?

　　輔助諧振網絡的電流增強原理是：當滯后橋臂下管S 關斷時，輔助電感的電流與原邊電流同時流入節點B;而當滯后橋臂上管S 關斷時，它們又同時流出節點B。也就是說兩種電流同時對并聯電容器充電、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，抽掉并聯電容器中的電荷，實現完滿的零電壓開關ZVS。

　　為串入主電路的電感，由于輔助諧振網絡的存在， 可以大大減小甚至取消。在本文中設計的3kW大功率可調電源沒有使用飽和電感厶，而是只使用了輔助諧振網絡。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計功率的4%左右時滯后橋臂已經實現了零電壓開關。通過參考文獻[2】的理論分析可知，超前橋臂此時一定實現了零電壓開關。

?

　　2.3 電源控制環路和軟啟動的實現

　　由于本電源要求輸出電壓在0-60V范圍內任意設定，輸出電流在0~50A內任意變化時保持電源穩定工作，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、電流環結合的控制環與主控芯片相結合的方法;實驗證明電源輸出電壓在0~60V范圍內任意設定，輸出電流在0-50A內任意變化時電源穩定工作。

　　由于該電源的主控芯片采用UC3879，是一種電壓型控制芯片，而且在本課題應用中為了實現大功率全范圍穩定工作，反饋控制環路的設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輸出軟啟動，輸出有啟動過沖問題。本課題單獨設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

　　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對輸出電壓的調節，此類控制方式非常適合在可調電源中應用;但是也決定了電壓基準為零時，由于主功率管的處于導通狀態，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。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內，實現輸出電壓的零電壓起調。實驗證明該電源可以在0～60V范圍內任意設定輸出。

?

?

　　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定的預置值時，電源將產生保護動作，輸出電壓將下降實現恒電流輸出。此時，可以調節“電流設定”旋鈕，順時針為增大方向，來增加電流設定的預置值，來使輸出電壓達到設定值。過壓保護動作發生時，“工作指示”燈熄滅，此時電源主功率部分被關斷不向外部輸出功率，只有通過關斷“電源開關”重啟電源來消除過壓保護動作。

　　4 結語

　　通過實際測試，本文研制的電源在3kW 負載下可以長期運行，達到了電源的設計要求;主要技術指標：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連續可調;輸出電流最大50A(可任意設定限流點);功率3000W;負載調整率≤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。