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開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文第1篇

關(guān)鍵字： 開關(guān)電源； 模糊PID控制； DSP； 電源控制算法

中圖分類號(hào)： TN79?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）21?0149?03

Design and control algorithm of switching power supply with DSP digital control

ZHANG Guo?long， ZHENG Chen?yao

（Detachment 93， Unit 91388 of PLA， Zhanjiang 524022， China）

Abstract： A technology of DSP digital processing combined with fuzzy PID control is proposed in this paper， and ?an intelligent switching power with fast response and high efficiency was designed to make the switching power supply be small， intelligent， etc. Through the cooperation of the external EMI filtering circuit， optical isolation and protection circuit， the power grid pollution caused by switching power supply was solved， this switching power supply which may be damaged by temperature and other uncertain factors was protected. This control algorithm of switching power supply is advanced， its design is reasonable and it has strong reference value for engineering application.

Keywords： switching power supply； fuzzy PID control； DSP； power supply control algorithm

近年來，隨著電力電子技術(shù)高速發(fā)展，開關(guān)電源得到廣泛應(yīng)用，普通模擬開關(guān)電源逐漸顯示出其不足之處：采用模擬器件會(huì)導(dǎo)致元器件比較多，分散性大，穩(wěn)定性差；設(shè)計(jì)缺乏靈活性，不便于修改，調(diào)試不方便，控制不靈活，無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法。為設(shè)計(jì)出更精確、響應(yīng)速度更快、效率更高、體積更小的開關(guān)電源，開關(guān)電源設(shè)計(jì)人員采用數(shù)字化電路與開關(guān)電源相結(jié)合來設(shè)計(jì)數(shù)字化開關(guān)電源。以DSP系統(tǒng)為基礎(chǔ)的開關(guān)電源電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，性能卓越，功能齊全。DSP系統(tǒng)具有較高的計(jì)算與控制能力，利用DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行運(yùn)算，可以有效抑制或消除各個(gè)功能模塊間相互干擾，提高開關(guān)電源輸出電壓的穩(wěn)定性和精度。本文將重點(diǎn)分析和討論利用DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)開關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)方法和控制算法。

1 基于DSP控制的實(shí)現(xiàn)方法

DSP系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源控制電路，是開關(guān)電源的控制核心電路，可以有效利用DSP系統(tǒng)的高速性、可編程性、可靠性等特點(diǎn)，結(jié)合相應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)特定功能，可為開關(guān)電源輸出質(zhì)量好、頻率和幅值可以任意改變的控制信號(hào)。圖1為采用DSP系統(tǒng)的控制電路開關(guān)變頻電源基本控制硬件框圖。

圖1 開關(guān)變頻電源基本控制硬件框圖

開關(guān)電源采用高頻SPWM技術(shù)和普通電壓逆變電路，DSP系統(tǒng)與IGBT功率模塊構(gòu)成全數(shù)字控制電路。輸出的電壓和電感電流經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成DSP所需要的電平，連接至DSP的A/D單元進(jìn)行模數(shù)變換；控制輸入單元輸入需要的電壓值及頻率值，從而得到逆變電路的基準(zhǔn)電壓。

DSP系統(tǒng)經(jīng)過特點(diǎn)算法進(jìn)行相關(guān)計(jì)算后會(huì)產(chǎn)生一定死區(qū)的控制信號(hào)。由于輸出的數(shù)字PWM控制信號(hào)不足以驅(qū)動(dòng)IGBT開關(guān)管，需要經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路對(duì)開關(guān)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。DSP芯片具有較高的采樣速度和運(yùn)算速度，可以快速地進(jìn)行各種復(fù)雜的運(yùn)算對(duì)電源進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)較高的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)壓精度。為了有效保護(hù)開關(guān)電源器件，防止出現(xiàn)過壓、欠壓、過載等情況，系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)了保護(hù)電路，一旦出現(xiàn)故障，DSP控制系統(tǒng)封鎖PWM脈沖控制信號(hào)，切斷開關(guān)電源電壓輸出。

2 開關(guān)電源基本控制算法

2.1 PID控制

開關(guān)電源的數(shù)字化控制需要進(jìn)行一定的控制算法來產(chǎn)生控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律。數(shù)字開關(guān)電源控制最初是借鑒模擬控制原理，通過數(shù)字化實(shí)現(xiàn)模擬控制信號(hào)。PID算法在數(shù)字控制中應(yīng)用比較廣泛，它具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、適用面廣、控制參數(shù)相互獨(dú)立、參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點(diǎn)。

PID控制是應(yīng)用最廣泛的控制規(guī)律。圖2為常規(guī)PID控制原理圖，系統(tǒng)由PID控制器與被控對(duì)象組成。PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值[r（t）]與實(shí)際輸出值[y（t）]構(gòu)成的控制偏差[e（t）]來計(jì)算：

[e（t）=r（t）-y（t）] （1）

將偏差的比例[P、]積分[I]和微分[D]通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。其控制規(guī)律為：

[u（t）=KPe（t）+1TI0te（t）+TDde（t）dt] （2）

或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式：

[G（s）=U（s）E（s）=KP1+1TIS+TDS] （3）

式中：[Kp]為比例系數(shù)；[TI]為積分時(shí)間常數(shù)；[TD]為微分時(shí)間常數(shù)。

圖2 PID控制框圖

數(shù)字PID控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采用時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此，連續(xù)域PID控制算法不能直接使用，需要采用離散化方法。數(shù)字PID控制算法又分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法，還有一些微分先行法和帶死區(qū)的PID控制算法等。

2.2 模糊PID控制算法

目前，開關(guān)電源的各種應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)電源的動(dòng)態(tài)性能提出了越來越高的要求，其中電壓超調(diào)與恢復(fù)時(shí)間是重要指標(biāo)。負(fù)載的變化或者輸入電壓的變化引起輸出電壓變化，而輸出電壓值取決于濾波器和控制策略。由于開關(guān)變換器為一個(gè)時(shí)變、非線性系統(tǒng)，無法建立精確的數(shù)字模型。而模糊PID控制算法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要建立準(zhǔn)確的變換器數(shù)字模型，非常適合DC?DC變換器的強(qiáng)非線性。自適應(yīng)的模糊控制可以保證控制系統(tǒng)的信號(hào)穩(wěn)定性。

模糊控制器是以誤差量化因子[e]和誤差變化率量化因子[ec]作為輸入，利用模糊控制規(guī)律自整定找出PID控制器三參數(shù)[KP，][KI，][KD]與和之間的模糊關(guān)系。模糊PID控制原理框圖如圖3所示。

圖3 模糊控制原理框圖

取[e]和[ec]為輸入語言變量，每個(gè)語言變量取“大、中、小”三個(gè)詞匯來描述輸入輸出變量的狀態(tài)。模糊推理的模糊規(guī)則一般形式為：

If [e=Ai]and [ec=Bj]then[Δu=Ci]

其中[Ai，][Bj，][Ci]為其理論上的語言值。

上述規(guī)則可以用一個(gè)模糊關(guān)系矩陣來描述：

[R=i，jAi×Bj×Ci]

根據(jù)各模糊子集的隸屬度幅值表和各參數(shù)模糊控制規(guī)則，應(yīng)用模糊合成推理設(shè)計(jì)PID參數(shù)的模糊矩陣得到[KP，][KI，][KD]參數(shù)調(diào)整算式如下：

[KP=K′P+ei，ecj×KuP]

[KI=K′I+ei，ecj×KuI] （4）

[KD=K′D+ei，ecj×KuD]

式中：[KP，][KI，][KD]是PID控制參數(shù)，[{e，ec}]是誤差[e]和誤差變化率[ec]對(duì)應(yīng)控制表中的值，它需要查控制表得到。[KuP，][KuI，][KuD]作為修正系統(tǒng)，在控制過程中，控制系統(tǒng)通過對(duì)模糊邏輯規(guī)則的結(jié)果處理、查表和運(yùn)算，完成PID參數(shù)的在線自校正。

3 系統(tǒng)硬件及關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)

3.1 硬件主體

本文設(shè)計(jì)的開關(guān)電源主要是將開關(guān)電源優(yōu)良特性和DSP系統(tǒng)精細(xì)化控制相結(jié)合。開關(guān)電源采用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括EMI濾波電路、整流/直流平波電路、控制器、信號(hào)采樣、PWM驅(qū)動(dòng)、鍵盤及顯示部件組成，力求使開關(guān)電源具有高效低耗、便攜化、負(fù)載輸出穩(wěn)定、電路保護(hù)可靠、電網(wǎng)寬電壓輸入、電網(wǎng)污染小等特點(diǎn)。圖4為硬件系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)示意圖。

圖4 系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)示意圖

3.2 輸出電壓檢測(cè)隔離設(shè)計(jì)

開關(guān)電源輸出電壓檢測(cè)過程中對(duì)控制電路的隔離保護(hù)是非常必要的，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)控制電路的安全工作，而且避免了將輸出電路的噪聲引入控制電路中。電壓檢測(cè)電路與控制電路隔離保護(hù)采用光耦合器進(jìn)行隔離，它由發(fā)光二極管LED、輸出光電二極管PD組成。光耦合器在開關(guān)電源的主振回路與輸出采樣之間進(jìn)行電氣隔離，并為電源穩(wěn)壓控制電路提供信號(hào)通路。

3.3 EMI濾波器設(shè)計(jì)

開關(guān)電源在正常工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)噪聲和輻射噪聲，毫無疑問噪聲主要產(chǎn)生于電源開關(guān)過程。開關(guān)過程中包含了最大的功率以及最大的電壓變化率dV/dt，同時(shí)也包括了最高頻率成分。噪聲的存在將污染電力線路，影響周圍精密電子儀器的運(yùn)行，比如設(shè)計(jì)濾波器。EMI濾波器是一種由電感、電容組成的低通濾波器，它允許直流或者工頻信號(hào)通過，對(duì)頻率較高的其他信號(hào)有較大的衰減作用。圖5為EMI濾波模型，濾波器的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)分離的二階LC濾波器，其取值原則就是在最小的體積下可以獲得期望的抑制效果。在濾波器模型中還有一個(gè)額外的高頻LC濾波器；高頻濾波器當(dāng)寄生參數(shù)使得前面的LC濾波器性能變差時(shí)，用來抑制這些高頻噪聲。

圖5 EMI濾波器模型

3.4 高溫保護(hù)電路

開關(guān)電源在設(shè)計(jì)中由于轉(zhuǎn)換效率不同，將部分能量以熱量輻射。溫度升高將影響系統(tǒng)正常工作甚至產(chǎn)生人身危險(xiǎn)，為了保證系統(tǒng)安全，開關(guān)電源工作時(shí)溫度需要實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖6為溫度采集電路部分電路圖。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到溫度過高時(shí)，控制模塊立即關(guān)斷開關(guān)電源輸出，待系統(tǒng)溫度達(dá)到工作溫度范圍后開始繼續(xù)工作。

圖6 溫度采集電路

4 開關(guān)電源性能分析

本文采用反激式開關(guān)電源和模糊PID控制算法進(jìn)行仿真。反激式開關(guān)電源的等效模型傳遞函數(shù)為：

[U（S）d（s）=K1s+K2B1s2+B2s+B3] （5）

式中：[K1，][K2，][B1，][B2，][B3]為系統(tǒng)比例系數(shù)，由開關(guān)電源電器元件參數(shù)決定。

模糊PID控制器由系統(tǒng)誤差[e]和誤差變化率[ec]為輸入，通過不同時(shí)刻的[e]和[ec]值，利用模糊控制規(guī)則在線對(duì)PID控制器參數(shù)[KP，][KI，][KD]參數(shù)進(jìn)行修改。模糊PID控制系統(tǒng)組成如圖7，圖8所示，階躍響應(yīng)曲線如圖9所示。

圖7 模糊控制PID控制系統(tǒng)組成

圖8 誤差[e]和誤差變化率[ec]的隸屬函數(shù)

本設(shè)計(jì)開關(guān)電源把DSP完美融入到開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，充分利用了DSP系統(tǒng)快速運(yùn)算能力，采用模糊控制算法使開關(guān)電源控制智能化，電源快速達(dá)到穩(wěn)定輸出，提高了抗負(fù)載擾動(dòng)能力。

圖9 系統(tǒng)階躍響應(yīng)

5 結(jié) 論

本系統(tǒng)將DSP作為開關(guān)電源控制單元，應(yīng)用模糊PID控制算法，使開關(guān)電源和DSP系統(tǒng)完美配合工作。利用了DSP快速處理能力特點(diǎn)產(chǎn)生開關(guān)電源PWM控制信號(hào)，對(duì)開關(guān)電源輸出進(jìn)行精確控制，提高了開關(guān)電源輸出精度和轉(zhuǎn)換效率，使開關(guān)電源控制實(shí)現(xiàn)智能化；能夠按照負(fù)載情況進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，使電源達(dá)到快速穩(wěn)定輸出；同時(shí)利用DSP資源設(shè)計(jì)完成開關(guān)電源顯控單元及保護(hù)模塊，提高了開關(guān)電源操作性和安全性。

參考文獻(xiàn)

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開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文第2篇

基于小功率直流傳動(dòng)系統(tǒng)要求驅(qū)動(dòng)電源輸出穩(wěn)定、抗干擾強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種多路輸出型的單端反激式開關(guān)電源。主電路采用多路輸出單端反激式變換器結(jié)構(gòu)，并采用軟啟動(dòng)回路，防止負(fù)載電流或電源輸入電流的大電流損壞開關(guān)電源，同時(shí)設(shè)計(jì)了過壓、欠壓等保護(hù)等輔助電路，完整地構(gòu)建了開關(guān)電源的電路系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 反激式

1 引言

工業(yè)應(yīng)用中，經(jīng)常需要對(duì)小功率的直流電機(jī)進(jìn)行精確控制，為保證傳動(dòng)系統(tǒng)的精確定位和傳送，提高產(chǎn)品質(zhì)量或電動(dòng)機(jī)車運(yùn)行的平順性。為滿足此技術(shù)要求，一方面需要對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)一定的控制算法，另一方面要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源輸出平穩(wěn)、能耗低、抗干擾能力強(qiáng)。傳統(tǒng)的開關(guān)電源由于效率低、損耗大、可靠性差而難以勝任。目前，國外的開關(guān)電源研制技術(shù)較為成熟，并主要應(yīng)用于工業(yè)和軍事上。德國西門子，美國GE和日本的一些公司都已經(jīng)具備比較成熟的研制大功率開關(guān)電源的技術(shù)并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。開關(guān)電源在我國郵電通信部門以及其它領(lǐng)域，受到及其廣泛的應(yīng)用，其中幾十到幾百千瓦的大電流、高功率的開關(guān)電源成為現(xiàn)代工業(yè)，國防事業(yè)以及大型科研項(xiàng)目的寵兒。開關(guān)電源技術(shù)不斷的發(fā)展，具體發(fā)展趨勢(shì)為高頻化、非隔離DC/DC技術(shù)、數(shù)字化、安全性能完善以及低噪聲、綠色無污染和智能化。

2 開關(guān)電源組成與設(shè)計(jì)

開關(guān)電源由輸入電路、有源調(diào)整、功率變換、輸出電路、控制電路和頻率振蕩發(fā)生器六大部分組成：其中開關(guān)電源的核心部分是DC/DC變換器，用以進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，另外還有啟動(dòng)電路、過流與過壓保護(hù)電路、噪聲濾波電路等。

反激式開關(guān)電源廣泛用于中小功率變換場(chǎng)合，且具有電路簡單、成本低、輸入輸出電氣隔離、穩(wěn)壓范圍寬、易于多路輸出等優(yōu)點(diǎn)。反激式變換器有三種模式：一種是在電流斷續(xù)模式下，導(dǎo)通期間儲(chǔ)存在一次繞組的能量，在下個(gè)周期開始前從一次繞組傳遞到次級(jí)繞組和負(fù)載上；一種是在電流臨界連續(xù)模式下，在下一個(gè)周期開始時(shí)，次級(jí)的電流歸零，這是一種無死區(qū)時(shí)間的臨界狀態(tài)；另一種是在電流連續(xù)模式下，次級(jí)仍然有剩余的能量，次級(jí)電流沒有回零。

2.1 輸入回路設(shè)計(jì)

開關(guān)電源輸入回路包括低通濾波和橋式整流濾波兩大部分。低通濾波回路是開關(guān)電源輸入的“大門”，它具有防止輸入電源的噪聲干擾，還抑制了浪涌電壓、尖峰電壓的進(jìn)入；同時(shí)阻止、限制開關(guān)電源所產(chǎn)生的噪聲。整流濾波電路主要由整流橋加電容來完成，整流二極管最好選用導(dǎo)通壓降（VF）小的二極管，這樣可以減少二極管上的損耗，提高電路效率，電容則是一大一小的兩個(gè)電容，大的為工頻濾波，小的電容則用來吸收高頻紋波的干擾。

整流濾波回路：開關(guān)電源一般采用電容輸入型整流濾波回路，整流的方式為全波橋式整流。結(jié)合兩種輸入回路的優(yōu)缺點(diǎn)，輸入回路電路如圖1所示。

2.2 驅(qū)動(dòng)回路設(shè)計(jì)

開關(guān)電源功率晶體管有兩種驅(qū)動(dòng)方式，一種是直接驅(qū)動(dòng)，另一種是隔離驅(qū)動(dòng)。直接驅(qū)動(dòng)有單管基極驅(qū)動(dòng)、推挽驅(qū)動(dòng)和抗飽和驅(qū)動(dòng)。單管基極驅(qū)動(dòng)適用于對(duì)工作速度要求不高或電源功率不大的情況?？癸柡万?qū)動(dòng)則是在推挽驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上增加了鉗位二極管和穩(wěn)壓二極管，提高了電路的工作速度，也為沖擊峰值電壓起到了分壓保護(hù)的作用，如圖2所示。

2.3 保護(hù)及軟起動(dòng)回路的設(shè)計(jì)

過流包括電源負(fù)載超出規(guī)定值和電源輸出線路出現(xiàn)零負(fù)載，即短路。過壓保護(hù)的主要的任務(wù)是保護(hù)負(fù)載，其次是保護(hù)開關(guān)功率管。一般采取的措施是振蕩電路停振，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)脈沖。所以在過壓保護(hù)動(dòng)作后，要再次啟動(dòng)電源工作時(shí)，必須斷開電源才能恢復(fù)正常工作。開關(guān)電源最簡單的過壓保護(hù)措施是在輸入電路中并聯(lián)壓敏電阻。在過壓保護(hù)中，采用的是穩(wěn)壓二極管，選用穩(wěn)壓二極管應(yīng)性能穩(wěn)定、電壓漂移非常小的產(chǎn)品，以防止穩(wěn)壓二極管電流隨著溫度的變化而變化。開關(guān)電源的主要熱源是開關(guān)功率晶體管、高頻變壓器、整流輸出二極管以及濾波用的電解電容。為了防止開關(guān)電源過熱而發(fā)生損壞，選擇元器件時(shí)應(yīng)該選用高溫特性較好的器件，同時(shí)在開關(guān)電源設(shè)計(jì)過程中應(yīng)有過熱保護(hù)電路。

圖3為保護(hù)電路，其中R7是電流取樣電壓，變壓器原邊電感電流流經(jīng)該電阻產(chǎn)生的電壓經(jīng)濾波后送入U(xiǎn)C3844的引腳3，再輸入到電流比較器。引腳3和電流比較器構(gòu)成了電流閉環(huán)控制。當(dāng)開關(guān)管出現(xiàn)過流現(xiàn)象時(shí)，電阻R7上測(cè)得的過電流信號(hào)，輸送到電流測(cè)定比較器的同相輸入端，只要R7上的電壓達(dá)到1V，電流測(cè)定比較器動(dòng)作，通過PWM鎖存器使得開關(guān)管關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)了過電流保護(hù)。

基于UC3844芯片設(shè)計(jì)的開關(guān)電源總體電路圖，其中主電路采用單端反激式變換器結(jié)構(gòu)，開關(guān)電源輸入回路則采用整流濾波回路以得到直流電壓，并利用軟啟動(dòng)回路，防止負(fù)載電流或電源輸入電流產(chǎn)生的大電流損壞開關(guān)電源。

3 總結(jié)

本文主要針對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)中，作為小功率控制電機(jī)，要求驅(qū)動(dòng)電源輸出穩(wěn)定的特點(diǎn)，分析了開關(guān)電源的基本組成以及工作方式，結(jié)合設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，綜合考慮了開關(guān)電源控制電路、反饋電路以及保護(hù)電路等方面的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文第3篇

關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源；數(shù)字控制；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TM44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2012）0210075－01

0 引言

直流穩(wěn)壓電源已廣泛地應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中（如電焊、電鍍或直流電機(jī)的調(diào)速等），需要用到大量的電壓可調(diào)的直流電源，他們一般都要求有可以方便的調(diào)節(jié)電壓輸出的直流供電電源。目前，由于開關(guān)電源效率高，小型化等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源、晶閘管穩(wěn)壓電源逐步被直流開關(guān)穩(wěn)壓電源所取代。開關(guān)電源主要的控制方式是采用脈寬調(diào)制集成電路輸出PWM脈沖，采用模擬PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行脈寬調(diào)制，這種控制方式，存在一定的誤差，而且電路比較復(fù)雜。本文設(shè)計(jì)了一種以ST公司的高性能單片機(jī)μpsd3354為控制核心的輸出電壓大范圍連續(xù)可調(diào)的功率開關(guān)電源，由單片機(jī)直接產(chǎn)生PWM波，對(duì)開關(guān)電源的主電路執(zhí)行數(shù)字控制，電路簡單，功能強(qiáng)大。

1 功率直流電源系統(tǒng)原理與整體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)原理。本功率直流電源系統(tǒng)由開關(guān)電源的主電路和控制電路兩部分組成，主電路主要處理電能，控制電路主要處理電信號(hào)，采用負(fù)反饋構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。開關(guān)電源采用PWM控制方式，通過給定量和反饋量的比較得到偏差，并通過數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制PWM輸出，從而控制開關(guān)電源的輸出。

1.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件部分由輸入輸出整流濾波電路、功率變換部分、驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)系統(tǒng)和輔助電路等幾部分組成。

當(dāng)50Hz、220V的交流電經(jīng)電網(wǎng)濾波器消除來自電網(wǎng)的干擾，然后進(jìn)入到輸入整流濾波器進(jìn)行整流濾波，變換成直流電壓信號(hào)。該直流信號(hào)通過功率變換電路轉(zhuǎn)化成高頻交流信號(hào)，高頻交流信號(hào)再經(jīng)輸出整流濾波電路轉(zhuǎn)化成直流電壓輸出。控制電路采用PWM脈寬調(diào)制方式，由單片機(jī)產(chǎn)生的脈寬可調(diào)的PWM控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路處理后，驅(qū)動(dòng)功率變換電路工作。 利用單片機(jī)高速ADC轉(zhuǎn)換通道定時(shí)采集輸出電壓，并與期望值比較，根據(jù)其誤差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。電壓采集電路實(shí)現(xiàn)了直流電壓V0的采集，并使其與A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入電壓范圍匹配，在開關(guān)電源發(fā)生過壓、過流和短路故障時(shí)，保護(hù)電路對(duì)電源和負(fù)載起保護(hù)作用。輔助電源為控制電路、驅(qū)動(dòng)電路等提供直流電源。

2 開關(guān)電源主電路設(shè)計(jì)

開關(guān)電源主電路是用來完成DC-AC-DC的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)主電路采用全橋型DC-DC變換器，本系統(tǒng)采用的功率開關(guān)器件是EUPEC公司的BSM 50GB120DN2系列的IGBT模塊，每個(gè)模塊是一個(gè)半橋結(jié)構(gòu)，故在全橋系統(tǒng)中，需要兩個(gè)模塊。每個(gè)模塊內(nèi)嵌入一個(gè)快速續(xù)流二極管。

3 控制電路硬件設(shè)計(jì)

3.1 控制電路結(jié)構(gòu)框圖。功率直流電源的控制電路采用ST 公司的μpsd3354單片機(jī)為核心?？刂齐娐分饕瓿扇缦鹿δ埽弘妷翰杉?、A/D轉(zhuǎn)換、閉環(huán)調(diào)節(jié)、PWM信號(hào)產(chǎn)生，IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)、鍵盤輸入和輸出電壓顯示等功能。控制電路主要包括：單片機(jī)系統(tǒng)、電壓采集電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路和鍵盤、顯示電路等。系統(tǒng)通過PWM輸出控制功率轉(zhuǎn)換開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間，完成對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定控制，通過A/D轉(zhuǎn)換完成對(duì)開關(guān)電源輸出電壓的采樣，同時(shí)采用電壓閉環(huán)控制，開關(guān)電源工作時(shí)，根據(jù)期望值與電壓反饋值的偏差，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM占空比進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。

3.2 IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。為了精確控制開關(guān)電路的電壓輸出，本系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)開關(guān)管的工作狀態(tài)。根據(jù)電壓控制算法（可采用改進(jìn)的PID控制算法）設(shè)置單片機(jī)產(chǎn)生不同占空比的方波信號(hào)，經(jīng)過光電耦合器控制開關(guān)器件，調(diào)整電路輸出設(shè)定的電壓值。要使IGBT正常工作，合適的驅(qū)動(dòng)是至關(guān)重要的。驅(qū)動(dòng)電路的任務(wù)是將控制電路發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間、可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路通常還具有電氣隔離及電力電子器件的保護(hù)等功能。

3.3 傳感器輸入通道與A/D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)通過電壓傳感器采集電壓信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換被單片機(jī)接收。本系統(tǒng)采用CHV系列霍爾電壓傳感器采集電壓，采用μpsd3354單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，線路連接簡單，精度最大為5mV。基本能滿足控制要求。

3.4 鍵盤和顯示電路。功率直流電源的鍵盤和顯示電路部分都裝在操作面板上，由單片機(jī)控制。本系統(tǒng)采用自制4×4矩陣鍵盤，以單片機(jī)的PB4～PB7做輸出線，PB0～PB3做輸入線。顯示部分采用動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示，以專用的數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由主程序和中斷服務(wù)程序組成，主要用來實(shí)現(xiàn)以下功能：鍵盤掃描、數(shù)碼顯示、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字PID調(diào)節(jié)和PWM波形產(chǎn)生等。鍵盤掃描和數(shù)碼顯示這里不作介紹，本設(shè)計(jì)主要是采用軟件方式來實(shí)現(xiàn)功率直流電源的數(shù)字控制。

4.1 主程序設(shè)計(jì)。主流程在完成各種變量和I/O初始化后，可以輸入期望電壓值并存入寄存器，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，啟動(dòng)電源系統(tǒng)，這里設(shè)定啟動(dòng)時(shí)，使PWM輸出占空比為最小值，即0.1％。啟動(dòng)后，調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序并讀入鍵值，將反饋電壓值與給定電壓值相比較后，調(diào)用PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，更新驅(qū)動(dòng)波形的占空比，然后調(diào)用PWM產(chǎn)生子程序輸出PWM信號(hào)，并通過顯示子程序顯示輸出電壓。

4.2 A/D轉(zhuǎn)換部分子程序。直接利用單片機(jī)10位ADC口，A/D轉(zhuǎn)換部分程序比較簡單，程序只要完成如下功能：選擇模擬輸入通道，并預(yù)制分頻數(shù)；配置控制寄存器ACON；讀取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值，返還ADTA0、ADTA1中的數(shù)據(jù)。

4.3 PID調(diào)節(jié)子程序。PID調(diào)節(jié)由單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)對(duì)給定信號(hào)與反饋信號(hào)相減得到的誤差來計(jì)算調(diào)整量，用以控制開關(guān)的占空比。算法中，做了一點(diǎn)修正，當(dāng)偏差與積分符號(hào)相反時(shí)，積分清零。因?yàn)槿舴?hào)相反，說明積分項(xiàng)起了反作用，故把積分項(xiàng)清零。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)將開關(guān)電源與單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一種輸出電壓連續(xù)可調(diào)的功率開關(guān)電源。該電源精度高，電路簡單，操作靈活，具有良好的應(yīng)用前景。單片機(jī)控制直流電源符合電力電子新技術(shù)產(chǎn)品向“四化”方向發(fā)展的要求，即應(yīng)用技術(shù)的高頻化、硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、軟件控制的數(shù)字化、產(chǎn)品性能的綠色化。

參考文獻(xiàn)：

[1]PressmanA，開關(guān)電源設(shè)計(jì)二版[M].王志強(qiáng)譯，北京：電子工業(yè)出版社，2005.

開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文第4篇

關(guān)鍵詞: 電力電子技術(shù); 高頻開關(guān)電源; 功率半導(dǎo)體器件; 功率變換

中圖分類號(hào)：F407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1 電力電子技術(shù)概述

電力電子技術(shù)以功率處理為對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電為目標(biāo)，通過采用電力半導(dǎo)體器件，并綜合自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電能的獲取、傳輸、變換和利用。電力電子技術(shù)包括功率半導(dǎo)體器件與IC技術(shù)、功率變換技術(shù)及控制技術(shù)等幾個(gè)方面。

電力電子技術(shù)起始于20世紀(jì)50年代末60年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。70年代后期以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO），電力雙極型晶體管（BJT），電力場(chǎng)效應(yīng)管（P-MOSFET）為代表的全控型器件全速發(fā)展，使電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)展階段。80年代末期和90年代初期發(fā)展起來的、以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件集驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，通泰壓降小，載流能力大于一身，性能優(yōu)越使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。

2高頻開關(guān)電源概述

高頻開關(guān)電源是交流輸入直流整流，然后經(jīng)過功率開關(guān)器件（功率晶體管、MOS管、IGBT等）構(gòu)成放入逆變電路，將高壓直流（單相整流約300V，三相整流約500V）變換成方波（頻率為20kHz）。高頻方波經(jīng)高頻變壓器降壓得到低壓的高頻方波，再經(jīng)整流濾波得到穩(wěn)定電壓的直流輸出。

高頻開關(guān)電源的特點(diǎn)[1]：

1、重量輕，體積小

由于采用高頻技術(shù)，去掉了工頻（50Hz）變壓器，與相控整流器相比較，在輸出同等功率的情況下，開關(guān)電源的體積只是相控整流器的1/10，重量也接近1/10。

2、功率因數(shù)高

相控整流器的功率因數(shù)隨可控硅導(dǎo)通角的變化而變化，一般在全導(dǎo)通時(shí)，可接近0.7，以上，而小負(fù)裁時(shí)，但為0.3左右。經(jīng)過校正的開關(guān)電源功率因數(shù)一般在0.93以上，并且基本不受負(fù)載變化的影響。

3、可聞噪聲低

在相控整流設(shè)備中，工頻變壓器及濾波電感作時(shí)產(chǎn)生的可聞噪聲大，一般大于60db，而開關(guān)電源在無風(fēng)扇的情況下可聞噪聲僅為45db左右。

4、效率高

開關(guān)電源采用的功率器件一般功耗較小，帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拈_關(guān)電源其整機(jī)效率可達(dá)88%以上，較好的可以做到92%以上。

5、沖擊電流小

開機(jī)沖擊電流可限制在額定輸入電流的水平。

6、?？焓浇Y(jié)構(gòu)

由于體積小，重量輕，可設(shè)計(jì)為模塊式結(jié)構(gòu)。

3電力電子技術(shù)在大功率開關(guān)電源中的應(yīng)用

3.1功率半導(dǎo)體器件

功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展是高頻開關(guān)電源技術(shù)的重要支撐。功率MOSFET和IGB的出現(xiàn)，使開關(guān)電源高頻化的實(shí)現(xiàn)成為可能；超快恢復(fù)功率二極管和MOSFET同步整流技術(shù)的開發(fā)，為研制高效率或低電壓輸出的開關(guān)電源創(chuàng)造了條件；功率半導(dǎo)體器件的額定電壓和額定電流不斷增大，為實(shí)現(xiàn)單機(jī)電源模塊的大電流和高率提供了保證。

（1）功率MOSFET

功率MOSFET是一種單極型（只有電子或空穴作但單一導(dǎo)電機(jī)構(gòu)）電壓控制半導(dǎo)體元件[8]，其特點(diǎn)是控制極（柵極）靜態(tài)內(nèi)阻極高，驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度高，無二次擊穿，安全區(qū)寬等。開關(guān)頻率可高達(dá)500kHz,特別適合高頻化的電力電子裝置。

（2）絕緣柵雙極晶體管IGBT

絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種雙（導(dǎo)通）機(jī)制復(fù)合器件，它的輸入控制部分為MOSFET，輸出極為GTR，集中了MOSFET及GTR分別具有的優(yōu)點(diǎn)[2]：高輸入阻抗，可采用邏輯電平來直接驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電壓控制，開關(guān)速度高，飽和壓降低，電阻及損耗小，電流、電壓容量大，抗浪涌電流能力強(qiáng)，沒有二次擊穿現(xiàn)象，安全區(qū)寬等。

3.2軟開關(guān)技術(shù)

傳統(tǒng)大功率開關(guān)電源逆變主電路結(jié)構(gòu)多采用PWM硬開關(guān)控制的全橋電路結(jié)構(gòu)，功率開關(guān)器件在開關(guān)瞬間承受很大的電流和電壓應(yīng)力，產(chǎn)生很大的開關(guān)損耗，且隨著頻率的提高而損耗增大。工作頻率在20kHz，采用IGBT功率器件的PWM硬開關(guān)控制的電源，功率器件開關(guān)損耗占總損耗的60%~70%，甚至更大[3]。為了消除或抑制電路的電壓尖峰和浪涌電流，一般增加緩沖電路，不僅使電路更加復(fù)雜，還將功率器件的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路，而且緩沖電路的損耗隨著工作頻率的提高而增大。

軟開關(guān)技術(shù)利用諧振原理，使開關(guān)器件兩端的電壓或流過的電流呈區(qū)間性正弦變化，而且電壓、電流波形錯(cuò)開，使開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)接近零損耗。諧振參數(shù)中吸收了高頻變壓器的漏抗、電路中寄生電感和功率器件的寄生電容，可以消除高頻條件下的電壓尖峰和浪涌電流，極大地降低器件的開關(guān)應(yīng)力，從而大大提高開關(guān)電源的效率和可靠性。

3.3同步整流技術(shù)

對(duì)于輸出低電壓、大電流的開關(guān)電源來講，進(jìn)一步提高其效率的措施是在應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以功率MOS管反接作為整流用開關(guān)二極管，這種技術(shù)稱為同步整流（SR），用SR管代替肖特基二極管（SBD）可以降低整流管壓降，提高開關(guān)電源的效率。

現(xiàn)在的同步整流技術(shù)都在努力地實(shí)現(xiàn)ZVS及ZCS方式的同步整流。自從2002年美國銀河公司發(fā)表了ZVS同步整流技術(shù)之后，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[4]。這種方式的同步整流技術(shù)巧妙地將副邊驅(qū)動(dòng)同步整流的脈沖信號(hào)與原邊PWM脈沖信號(hào)聯(lián)動(dòng)起來，其上升沿超前于原邊PWM脈沖信號(hào)的上升沿，而降沿滯后的方法實(shí)現(xiàn)了同步整流MOSFET的ZVS方式工作。最新問世的雙輸出式P聯(lián)M控制IC幾乎都在控制邏輯內(nèi)增加了對(duì)副邊實(shí)現(xiàn)ZVS同步整流的控制端子。這些IC不僅解決好初級(jí)側(cè)功率MOSFET的軟開關(guān), 而且重點(diǎn)解決好副邊的ZVS方式的同步整流。用這幾款I(lǐng)C制作的DC/DC變換器, 總的轉(zhuǎn)換效率都達(dá)到了94%以上。

3.4控制技術(shù)

開關(guān)變換器具有強(qiáng)非線性、離散性、變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，負(fù)載性質(zhì)也是多變的，因此主電路的性能必須滿足負(fù)載大范圍的變化，這使開關(guān)電源的控制方法和控制器的設(shè)計(jì)變得比較復(fù)雜。

電流型控制及多環(huán)控制在開關(guān)電源中得到了較廣泛的應(yīng)用；電荷控制、單周期控制等技術(shù)使開關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性能有了很大的提高。一些新的方法，如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及各種調(diào)制方式在開關(guān)電源中的應(yīng)用，已經(jīng)引起關(guān)注。

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微控制器的處理速度越來越快，集成度越來越高，將微控制器或者DSP應(yīng)用到大功率開關(guān)電源的數(shù)字控制模塊已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。開關(guān)電源的高性能數(shù)字控制芯片的出現(xiàn)，推動(dòng)了電源數(shù)字化的進(jìn)程[5]。

數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的非線性算法，監(jiān)控多部件的分布電源系統(tǒng)，減少產(chǎn)品測(cè)試的調(diào)整時(shí)間，使產(chǎn)品生產(chǎn)率更高。實(shí)時(shí)數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)快速、靈活的控制設(shè)計(jì)，改善電路的瞬態(tài)響應(yīng)性能，使之速度更快、精度更高、可靠性更強(qiáng)。

4 結(jié)束語

高頻開關(guān)電源作為電子設(shè)備中不可或缺的組成部分也在不斷地改進(jìn)，高頻化、模塊、數(shù)字化、綠色化是其發(fā)展趨勢(shì)。高頻開關(guān)電源上述各技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)志著開關(guān)電源技術(shù)的成熟。電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，將使開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 莫慧芳. 高頻開關(guān)電源發(fā)展概述. 電源世界, 2007（5）

[2] 賀益康, 潘再平. 電力電子技術(shù). 科學(xué)出版社, 2010年第2版

[3]倪倩, 齊鉑金, 趙晶等. 軟開關(guān)全橋PWM主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在逆變焊接電源中的應(yīng)用. 自動(dòng)化與儀表, 2002（1）

開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文第5篇

1 引言

在發(fā)電廠和變電所中，為了給控制、信號(hào)、保護(hù)、自動(dòng)裝置、事故照明和交流不停電電源等裝置供電，一般都要求有可靠的直流電源。為此，發(fā)電廠和110kV以上的變電所通常用蓄電池作為直流電源，但要求上述電源具有高度的可靠性和穩(wěn)定性，并且其電源容量和電壓能在最嚴(yán)重的事故情況下保證用電設(shè)備的可靠工作。

另外，目前由于半導(dǎo)體功率器件、磁性材料等方面的原因，單個(gè)開關(guān)電源模塊的最大輸出功率只有上千瓦，而實(shí)際應(yīng)用中往往需用幾十千瓦甚至幾百千瓦以上的開關(guān)電源為系統(tǒng)供電，因此，要通過電源模塊的并聯(lián)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)。大功率電源系統(tǒng)需要采用若干臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)的形式，以滿足負(fù)載的功率要求。在并聯(lián)系統(tǒng)中，每個(gè)變換器應(yīng)處理較小的功率以降低應(yīng)力，還應(yīng)采用冗余技術(shù)來提高系統(tǒng)的可靠性。電源并聯(lián)運(yùn)行是電源產(chǎn)品模塊化、大容量化的一個(gè)有效方法，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)組合大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵。

2 常用的均流方法

由于大功率電源負(fù)載需求的增加以及分布式電源系統(tǒng)的發(fā)展，開關(guān)電源并聯(lián)技術(shù)的重要性也日益增加。但是并聯(lián)的開關(guān)變換器在模塊間通常需要采用均流（Current sharing）措施。它是實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵，其目的在于保證模塊間電源應(yīng)力和熱應(yīng)力的均勻分配，防止一臺(tái)或多臺(tái)模塊運(yùn)行在電流極限（限流）狀態(tài)。因?yàn)椴⒙?lián)運(yùn)行的各個(gè)模塊特性并不一致，外特性好（電壓調(diào)整率?。┑哪K可承擔(dān)更多的電流，甚至過載，從而使某些外特性較差的模塊運(yùn)行于輕載狀態(tài)，甚至基本上是空載運(yùn)行。其結(jié)果必然加大了分擔(dān)電流多的模塊的熱應(yīng)力，從而降低了可靠性。

    開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)常用的均流方法有：

（1）輸出阻抗法

（2）主從設(shè)置法

（3）按平均電流值自動(dòng)均流法

（4）最大電流自動(dòng)均流法（又叫自主均流法）。

直流模塊并聯(lián)的方案很多，但用于電力操作電源，都存在著這樣或者那樣的缺陷，其主要表現(xiàn)在：輸出阻抗法的均流精度太低；主從設(shè)置法和平均電流法都無法實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)，因而并聯(lián)電源模塊系統(tǒng)的可靠性得不到很好的保證；外加均流控制器法使系統(tǒng)變得過于復(fù)雜，不利于把這一技術(shù)轉(zhuǎn)化成實(shí)際的產(chǎn)品。而自主均流法以其均流精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可以實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)等特點(diǎn)，越來越受到產(chǎn)品開發(fā)人員的青睞。

所謂自主均流技術(shù)，就是在n個(gè)并聯(lián)模塊中，以輸出電流最大的模塊為主模塊，而以其余的模塊為從模塊。由于n個(gè)并聯(lián)模塊中，一般都沒有事先人為設(shè)定哪個(gè)模塊為主模塊，而是通過電流的大小自動(dòng)排序，電流大的自然成為主模塊，“自主均流法”因此而得名。

3 220/10A整流模塊

筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)220V/40A高頻開關(guān)電源，可用于發(fā)電廠、變電所、變電站等電力控制的直流屏系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)方案采用4個(gè)220V/10A模塊并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)模塊間的自主均流，從而為電力系統(tǒng)提供了一種重量更輕、體積更小、效率更高、安全性更好的整流模塊實(shí)現(xiàn)方案。由于篇幅所限，本文只介紹220V/10A整流模塊的實(shí)現(xiàn)方法。

高頻開關(guān)電源性能優(yōu)于相控整流電源，它能否得到廣泛工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵是其可靠性，特別是當(dāng)輸出直流電壓較高時(shí)應(yīng)能可靠工作。除元器件及生產(chǎn)工藝等因素外，開關(guān)電源的可靠性主要取決于其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法。在設(shè)計(jì)該電源模塊時(shí)，筆者選用了可靠性很高的三相電流型PWM整流器來完成三相功率因數(shù)校正及移相全橋諧振拓?fù)?，從而?shí)現(xiàn)DC/DC轉(zhuǎn)換；PWM控制則采用電流型控制方法來實(shí)現(xiàn)。

3.1 三相PWM整流器

圖1所示是一種三相PWM整流器的主電路，該電路的每個(gè)橋臂均由2只IGBT和2只二極管組成。其中IGBT的驅(qū)動(dòng)脈沖采用正弦PWM調(diào)制脈沖，這樣，輸入電流和輸出調(diào)制電壓Vd中就只含下式所示的諧波：

式中：Id為輸出電感中的電流；Vl為輸入線電壓有效值：P為0～60°區(qū)間內(nèi)的脈沖數(shù)；M為調(diào)制系數(shù)，M=Uo/Um。

PWM整流器具有輸入功率因數(shù)高，輸入電流的低次諧波電流含量少，PWM調(diào)制脈沖易實(shí)現(xiàn)以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 全橋DC/DC變換器

a.主電路拓?fù)?/p>

根據(jù)該高頻開關(guān)電源的輸出功率較大(220V、10A)且工作頻率較高(100kHz)等實(shí)際情況，筆者選用了全橋隔離式PWM變換器，圖2是其電路圖。

這種線路的優(yōu)點(diǎn)有二：一是主變換器只需一個(gè)原邊繞組，通過正、反向電壓即可得到正、反向磁通，副邊繞組采用全橋全波整流輸出。因此變壓器鐵芯和繞組可得到最佳利用，從而使效率密度得到提高。二是功率開關(guān)可在非常安全的情況下運(yùn)行。

b.控制與保護(hù)

DC/DC變換器采用峰值電流型PWM控制，并采用自主均流法實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的均流控制。這種均流控制方法與電源模塊數(shù)目無關(guān)，且任意1個(gè)模塊發(fā)生故障或退出運(yùn)行時(shí)，均不影響其它模塊的均流功能，從而真正實(shí)現(xiàn)了N+1冗余運(yùn)行。

PWM脈沖寬度調(diào)制開關(guān)變換器的控制芯片采用UC3875移相專業(yè)控制芯片，該芯片主要應(yīng)用于全橋變換器電路。它有電壓型和電流型控制模式可供選擇。UC3875具有限流、輸入過壓、輸出過壓、輸入欠壓等保護(hù)功能。自動(dòng)均流電路采用以最大電流自動(dòng)均流法為原理的集成均流芯片UC3907，應(yīng)用UC3907可以調(diào)節(jié)電源模塊的電壓并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)模塊間的均流。

    用于電力系統(tǒng)中的高頻開關(guān)電源可滿足的技術(shù)指標(biāo)如下：

輸入交流電壓：380V；

紋波系數(shù)：≤0.5%；

電網(wǎng)頻率：50Hz；

功率因數(shù)：≥0.9；

輸出直流電壓：220V；

穩(wěn)壓精度：≤0.5%；

模塊輸出電流：10A；

穩(wěn)流精度：≤0.5%；

整機(jī)輸出電流：40A

均流不平衡度：≤0.5%。