摘要：研制一種單相輸入全橋PWM變換器撼嗓、電壓電流雙環(huán)控制幸膨、納米晶磁芯高頻變壓器和全橋整流傀铃、LC濾波器組成的脈寬調(diào)制變換器型穩(wěn)壓電源抬邑。輸出電壓1～1 OOV漆暑，最大電流達(dá)1 00A，輸出紋波小于O.1%(1～100V)个扰。實(shí)現(xiàn)了某工程試驗(yàn)點(diǎn)火對(duì)電源的要求瓷炮。

　　0 引言

　　某工程試驗(yàn)點(diǎn)火裝置，為滿足狹小空間下递宅，不同阻值爆炸橋絲的引燃工作娘香，要求紋波小、輸出可調(diào)恐锣，體積小和高可靠的開關(guān)穩(wěn)壓電源茅主。基本要求是輸入AC220V土榴，輸出DC0～100V連續(xù)可調(diào)诀姚，最大輸出電流100A，低頻紋波Vrms≤O.1%玷禽，電壓調(diào)整率≤0.5%赫段，穩(wěn)定度≤0.1%的開關(guān)電源。設(shè)計(jì)思想主要服從可靠矢赁、體積兩方面要求糯笙。在綜合分析了現(xiàn)有的軟硬開關(guān)變換器電源技術(shù)后，采用了脈寬調(diào)制變換器的形式設(shè)計(jì)蹈瑟，好處是簡單可靠夯铡。通過對(duì)電源的供電環(huán)節(jié)、反饋控制相誓、吸收電路闷墅、元器件選取與制作以及工藝結(jié)構(gòu)等方面優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了大電流下的輸出紋波大贡按、輸出大范圍調(diào)節(jié)下電源穩(wěn)定性差熙屁、炸管和振蕩等問題，研制出了合格的電源惫吝。

　　l 電源主電路

　　電源主電路如圖1所示匹憎。電源由輸入電路、變換器每镀、直流輸出和控制驅(qū)動(dòng)組成业满。輸入電路包含抑制合閘浪涌的延時(shí)電路肢俄、EMI過濾器、單相整流器和濾波電容器組哭振。變換器采用脈沖寬度調(diào)制“H”橋拓?fù)涑垢选８哳l變壓器楔绞、橋式整流器结闸、電感器和電容器組構(gòu)成直流電壓輸出電路【贫洌控制電路利用PWM調(diào)節(jié)輸出電壓電流方案桦锄。

　　1)輸入電路

　　輸入電路由輸入延時(shí)啟動(dòng)、EMI濾波器蔫耽、橋式整流電路B1和濾波電容器組C1構(gòu)成结耀。延時(shí)啟動(dòng)使用繼電器方式，以減小電源合閘瞬間對(duì)濾波電容器組C1的電流沖擊匙铡。電容器選用CDE公司的DCMCE型逆變器專用輸入濾波電容器图甜。整流橋選擇TECHSEM公司的MDQ75單相整流橋模塊。由于電源每次工作時(shí)間很短暫及體積的限制鳖眼，輸入電路中沒有加入功率因數(shù)校正電路黑毅。

　　2)變換器和驅(qū)動(dòng)電路

　　變換器采用脈寬調(diào)制的“H”橋拓?fù)洌伤闹籌GBT(VT1一VT4)組成钦讳。工作時(shí)矿瘦，其輸出在1～60μs變化脈沖寬度。IGBT選用三菱公司的CM75BU一12H單相全橋模塊栖挣，好處是每只IGBT開關(guān)特性的一致性好学蛤，無須考慮電路的平衡問題。對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路夫次，目前集成驅(qū)動(dòng)電路很多夭菲，由于它直接影響到IGBT可靠工作及可靠保護(hù)，經(jīng)比較選用了POWERXE公司基于VLA502一02的兩通道IGBT驅(qū)動(dòng)模塊BG2A搔冈。圖2是VLA502—02的原理圖摇轨，與常用混合驅(qū)動(dòng)模塊另一個(gè)同之處是它集成了DC/DC電源，無須再對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路單獨(dú)供電躯括。實(shí)際使用表明赏赔，BG2A可靠性大大高于EX840等驅(qū)動(dòng)電路，從未遇到過損壞轮昧±拙耄　

　3)變壓器和輸出整流濾波電路

　　變壓器功率較大，鐵氧體磁芯難以做到熟排，采用了鐵基納米晶帶材肺灭。與鐵氧體材料相比虱而，鐵基納米晶帶材具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高導(dǎo)磁率和低矯頑力开泽，使變壓器體積減小牡拇、頻響更高、效率提高穆律。同時(shí)惠呼，加工、安裝方便峦耘、參數(shù)調(diào)整容易剔蹋。由于IGBT作硬開關(guān)，工作頻率高于1 5kHz時(shí)辅髓，開關(guān)損耗成為電源主要損耗泣崩，因此，變壓器及變換器工作的頻率設(shè)計(jì)為15kHz洛口。輸出整流二極管選用摩托羅拉MUR20020快恢復(fù)二極管矫付。

　　輸出濾波電路采用LC濾波器，由于電感器的電感量和功率較大第焰，鐵粉芯和鐵硅鋁的磁芯沒有相適應(yīng)的產(chǎn)品規(guī)格洞歼，電感磁芯采用了鐵基非晶材料。為了降低輸出紋波郁表，電容器采用美國CED公司101型電解電容器匣描，它的ESR(等效串聯(lián)電阻)、ESL(等效串聯(lián)電感)為目前所有品牌電解電容器中最低罕腿，且溫度范圍很寬桶眠。

　　4)控制與安全保護(hù)

　　電源是輸出電壓在0～100V間不分檔、可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流穩(wěn)壓電源看群，過載保護(hù)被設(shè)計(jì)成高精度的限流保護(hù)形式沦煤，其限流值在0～100A間可連續(xù)調(diào)節(jié)。為了可靠起見涯锅，反饋控制采用了傳統(tǒng)的模擬控制寇祈，即用誤差放大器來減小輸出電壓與參考電壓的誤差∈希控制芯片采用TL494勋崇，設(shè)計(jì)為恒壓恒流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，兩個(gè)閉環(huán)共用一個(gè)脈寬調(diào)制實(shí)時(shí)處理笔喉，實(shí)現(xiàn)恒壓調(diào)節(jié)和恒流調(diào)節(jié)功能取视。TL494的兩個(gè)誤差放大器，一個(gè)用于電壓穩(wěn)定控制常挚，一個(gè)用于電流限制作谭。電流采樣電阻采用1 00A/75mV標(biāo)準(zhǔn)分流器稽物。TL494用作電壓反饋和電流反饋的放大器被設(shè)計(jì)成“或”的關(guān)系。輸出電壓大小的調(diào)節(jié)折欠，用改變電壓反饋取樣電阻的分壓比實(shí)現(xiàn)贝或，電流限制調(diào)節(jié)的方法同樣。

　　2 輸出電壓紋波

　　抑制電源輸出電壓中的低頻交流紋波和開關(guān)噪聲紋波的關(guān)鍵是找到成因锐秦，再確定處理方案咪奖。通常是從器件和電路兩方面解決。

　　1)尖峰噪聲的抑制 信息請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　尖峰噪聲產(chǎn)生于晶體管ON/OFF的瞬間农猬。為抑制尖峰噪聲赡艰，選取ESR、ESL低的電容器和具有軟恢復(fù)特性的二極管斤葱，通過C4～C7和R4～R7對(duì)二極管開關(guān)時(shí)的尖峰進(jìn)行抑制。另外揖闸，在二極管套入非晶磁珠帮廉，對(duì)尖峰抑制效果大大好于RC電路，但發(fā)熱太大阐赖，未被采用闲耿。對(duì)于IGBT母線電感引起的尖峰，通常的LCR吸收電路比較復(fù)雜皆舅，參數(shù)不易協(xié)調(diào)减组。由于變換器是采用H橋模塊，母線很短特植，所以只用C2完成尖峰吸收哆卓。R2和R3吸收變壓器漏感引起的尖峰。使開關(guān)波形瞬間產(chǎn)生的尖峰電平只比直流電平稍高一些逝惑，大大減輕了IGBT上的尖峰噪聲岂苏。C2，C3選用CDE公司的930型聚丙烯薄膜無感電容器巾沟。

　　2)輸出紋波的抑制

　　開關(guān)電源中低頻交流紋波一般的說法是從交流電網(wǎng)引入的限禀，輸出濾波器無法濾除，主要靠系統(tǒng)閉環(huán)負(fù)反饋來抑制祷安，但這極易引起電路振蕩姥芥，損壞IGBT。事實(shí)上在供電容量足夠汇鞭，輸入濾波合適的情況下凉唐，測(cè)不出交流輸入帶給直流輸出的紋波。由于開關(guān)電源電路中諧波豐富虱咧，以致引起低頻紋波的原因很多：工藝結(jié)構(gòu)方面熊榛，如布線不當(dāng);器件的原因锚国，如電容的ESR、電感參數(shù)(取直玄坦，氣隙血筑，磁芯的選擇);元件間的配合，如L與C的乘積值等煎楣。尤其電感器對(duì)電源的穩(wěn)定性和輸出紋波影響豺总。其中防飽和氣隙是電感器在輸出引起低頻紋波重要原因，常常不易判斷择懂，這個(gè)紋波的頻率隨氣隙的大小而變喻喳，范圍在幾百赫茲內(nèi)。幅度大小與輸出電壓的值有一定關(guān)系蝶映，且不成比例巍坦，如圖3所示。但電感磁芯沒有氣隙擦斑，又易飽和腿若。非閉合磁芯，又使體積變很大才昔，相對(duì)而言谓蹂，設(shè)計(jì)了功率容量放大，不開氣隙的磁芯峰礁，使問題解決漠恰。

　　3 結(jié)束語

　　經(jīng)有關(guān)計(jì)量單位對(duì)電源進(jìn)行的正式測(cè)試，無論是空載還是負(fù)載鞠洪，輸出電壓在1～100V變化時(shí)蹲自，相應(yīng)紋波在0.6～50mV之間，電源的其它工作和指標(biāo)也都達(dá)到要求苔寝。電源在工程現(xiàn)場(chǎng)順利地通過了工程控制系統(tǒng)自運(yùn)行肤叼、發(fā)火引爆試驗(yàn)、測(cè)控系統(tǒng)聯(lián)試竹祷、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火熱試車等工作的考核驗(yàn)證谈跛，已正式投入使用。這表明高功率調(diào)寬變換器型穩(wěn)壓電源可以很好的做到寬范圍的連續(xù)可調(diào)和超低紋波要求塑陵，拓寬了高功率普通硬開關(guān)電源的用途感憾。

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