基于IGBT的電壓型逆變器輔助開關(guān)電源的設(shè)計

摘要:介紹一種實用的電壓型逆變器輔助開關(guān)電源的工作原理和設(shè)計方法。實驗證明，該開關(guān)電源工作穩(wěn)定，輸出紋波小，變壓器無發(fā)熱現(xiàn)象，系統(tǒng)工作特性良好。 關(guān)鍵詞:開關(guān)電源；脈寬；調(diào)制高頻變壓器；紋波 0 引言 　　電壓型逆變電源的輔助開關(guān)電源其雙管反激式開關(guān)電源能高效地提供多路直流輸出，電路元件全部由分立式元件構(gòu)成，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定可靠，因而能滿足電壓型逆變器等對電源的高可靠性要求。 　　下面以逆變電源控制回路供電的開關(guān)電源為例，介紹反激式開關(guān)電源的設(shè)計方法。該開關(guān)電源已通過檢驗并投運。 1 雙管反激式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和工作原理

      雙管反激式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所

2 主電路工作原理 　　原邊線圈使用場效應(yīng)管的反激半橋變換器線路如圖2所示。

      高頻變壓器原邊繞組通過場效應(yīng)管直接與直流電源Vs相連，2個場效應(yīng)管需要同時通斷。因此，通過一個相位相同但相互隔離的信號來驅(qū)動，通常采用一個小型的雙繞組輸出的變壓器。和其他反激式電路一樣，在場效應(yīng)管開通時，只把能量存在磁路中；斷開時，磁路轉(zhuǎn)換成電能送至負載。2個二極管D、D的作用是把過剩的反激能量反饋回電源Vs中，并把2個場效應(yīng)管都鉗制在V（忽略二極管正向管壓降）。 3 開關(guān)電源的設(shè)計 3．1技術(shù)指標       本設(shè)計是帶有6組輸出的75w反激式變換器，具體技術(shù)要求為：①輸入電Uac=220（1±15）V；②工作頻率：30kHz，工作頻率對電源的體積、重量及電路特性影響很大。若工作頻率高，則輸出濾波電感和電容體積減小，但開關(guān)損耗增高，熱量增大，散熱器體積加大；③6組輸出為：5V／4A，12V／2A、﹣12V／0．5A，3組﹣15v／o．5A、-9V／0．5A；④輸出紋波和噪音：最大值1%；⑤原副邊繞組之間采取可靠的屏蔽措施；⑥電源效率為80%；⑦工作溫度范圍：Ta=0～50℃。 3．2開關(guān)電源主回路 　　主回路開關(guān)管選用電壓驅(qū)動型CMOS管，2SK1317，與傳統(tǒng)的反激自激式開關(guān)電源中的晶體管相比，具有頻率大、驅(qū)動控制簡單、驅(qū)動功率小的優(yōu)點。為了減小開關(guān)管的開關(guān)應(yīng)力，設(shè)計了與原邊電感并聯(lián)的RC緩沖器，吸收關(guān)斷過電壓的能量。為了滿足輸出低紋波的要求，輸出采用多級電容濾波。 3．3變壓器的設(shè)計 　　與傳統(tǒng)線性變壓器相比，高頻變壓器具有體積小、重量輕的優(yōu)點?，F(xiàn)就本裝置中高頻變壓器的設(shè)計說明如下。設(shè)計流程如圖3所示。 　　

      對于高頻變壓器而言，磁心的選擇尤為重要。通常是，高磁通密度，低磁通損耗。高的居里溫度和高滲透性是衡量磁心好壞的主要技術(shù)指標。通常選用R2KB鐵氧體材料制成的EE型鐵氧體磁心，其具有品種多，引線空間大，接線操作方便，價格便宜等優(yōu)點?？紤]到高頻變壓器原邊的高電壓，在高頻變壓器的原邊必須采用絕緣性能優(yōu)良的導線。由于副邊繞組中將流過較大的電流，可考慮采用銅盤提高通流能量。原副邊繞組的變比輸入電壓、輸出電壓、功率和開關(guān)頻率決定。 　　變比的選擇要適中，選的過大將導致導通時間達到最大時，輸出電壓可能也達不到設(shè)計值；選的過小會增大原邊損耗。 　　由以上分析可知，首先根據(jù)實際要求計算出磁心面積和磁心的數(shù)量，然后計算原副邊的線徑，同時可以通過計算或仿真確定漏感、線損、導線電容。如果磁心損耗過大，需要反復調(diào)整線徑或變比直到滿足設(shè)計要求為止。高頻變壓器主要設(shè)計參數(shù)見表1。

      4 試驗波形分析 　　開關(guān)管2SK1317的漏一源兩端的電壓V。的試驗波形如圖4所示。 　　

      輸出電源經(jīng)過LC濾波以及后級三端固定式線性穩(wěn)壓器7815穩(wěn)壓后，電源在額定功率輸出時，輸出電壓波形如圖5所示。輸出電壓的紋波峰峰值約為100mV，滿足設(shè)計要求。 　　

      從以上2個波形圖可以看出開關(guān)管的工作波形比較理想，關(guān)斷時無振蕩。輸出 15V平穩(wěn)電壓，比較光滑。 5 結(jié)束語 　　本設(shè)計的開關(guān)電源工作穩(wěn)定，輸出紋波小，主回路開關(guān)管工作波形理想，無振蕩，無尖峰電壓，變壓器無發(fā)熱現(xiàn)象，系統(tǒng)具有良好的工作性能。 參考文獻 [1]張占松，蔡宣三．開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M]．北京：電子工業(yè)出版社，1998 [2]陳堅．電力電子學[M]．北京：高等教育出版社，2002