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38V/100A可直接并联大功率AC/DC变换器

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了一种38V/100A可直接并联的大功率AC/DC变换器。采用了有源功率因数校正技术以实现系统的高功率因数。DC/DC主电路采用电流型PWM芯片UC3846控制的半桥变换器,并提出了一种新的IGBT驱动电路。为了满足电源直接并联运行的需要,设计了以均流芯片UC3907为核心的均流电路。

    关键词:大功率;半桥变换器;功率因数校正;均流

引言

随着电力电子技术的发展,电源技术被广泛应用于计算机、工业仪器仪表、军事、航天等领域,涉及到国民经济各行各业。特别是近年来,随着IGBT的广泛应用,开关电源向更大功率方向发展。研制各种各样的大功率,高性能的开关电源成为趋势。某电源系统要求输入电压为AC220V,输出电压为DC38V,输出电流为100A,输出电压低纹波,功率因数>0.9,必要时多台电源可以直接并联使用,并联时的负载不均衡度<5%。

图1 UC3854A/B控制的有源功率因数校正电路

    设计采用了AC/DC/AC/DC变换方案。一次整流后的直流电压,经过有源功率因数校正环节以提高系统的功率因数,再经半桥变换电路逆变后,由高频变压器隔离降压,最后整流输出直流电压。系统的主要环节有DC/DC电路、功率因数校正电路、PWM控制电路、均流电路和保护电路等。

1 有源功率因数校正环节

由于系统的功率因数要求0.9以上,采用二极管整流是不能满足要求的,所以,加入了有源功率因数校正环节。采用UC3854A/B控制芯片来组成功率因数电路。UC3854A/B是Unitrode公司一种新的高功率因数校正器集成控制电路芯片,是在UC3854基础上的改进。其特点是:采用平均电流控制,功率因数接近1,高带宽,限制电网电流失真≤3%[1]。图1是由UC3854A/B控制的有源功率因数校正电路。

图2 主电路拓扑图

    该电路由两部分组成。UC3854A/B及外围元器件构成控制部分,实现对网侧输入电流和输出电压的控制。功率部分由L2,C5,V等元器件构成Boost升压电路。开关管V选择西门康公司的SKM75GB123D模块,其工作频率选在35kHz。升压电感L2为2mH/20A。C5采用四个450V/470μF的电解电容并联。因为,设计的PFC电路主要是用在大功率DC/DC电路中,所以,在负载轻的时候不进行功率因数校正,当负载较大时功率因数校正电路自动投入使用。此部分控制由图1中的比较器部分来实现。R10及R11是负载检测电阻。当负载较轻时,R10及R11上检测的信号输入给比较器,使其输出端为低电平,D2导通,给ENA(使能端)低电平使UC3854A/B封锁。在负载较大时ENA为高电平才让UC3854A/B工作。D3接到SS(软启动端),在负载轻时D3导通,使SS为低电平;当负载增大要求UC3854A/B工作时,SS端电位从零缓慢升高,控制输出脉冲占空比慢慢增大实现软启动。

2 DC/DC主电路及控制部分分析

2.1 DC/DC主电路拓扑

在大功率高频开关电源中,常用的主变换电路有推挽电路、半桥电路、全桥电路等[2]。其中推挽电路的开关器件少,输出功率大,但开关管承受电压高(为电源电压的2倍),且变压器有六个抽头,结构复杂;全桥电路开关管承受的电压不高,输出功率大,但是需要的开关器件多(4个),驱动电路复杂。半桥电路开关管承受的电压低,开关器件少,驱动简单。根据对各种拓扑方案的工程化实现难度,电气性能以及成本等指标的综合比较,本电源选用半桥式DC/DC变换器作为主电路。图2为大功率开关电源的主电路拓扑图。

图3 PWM控制及驱动图

    图2中V1,V2,C3,C4和主变压器T1组成半桥式DC/DC变换电路。IGBT采用西门康公司的SKM75GB123D模块,工作频率定在30kHz。高频变压器采用国产铁氧体EE85B磁芯,原边绕组匝数为12匝,副边两个绕组均为6匝,变压器无须加气隙。在绕制变压器时采用“三段式”方法绕制,以减少变压器的漏感[3]。整流二极管采用快速二极管,以减小其反向恢复时间对输出的影响。R1,C1,R2,C2为并在IGBT两端的吸收电路。R5及C6和R6及C7为并在快恢复二极管两端的吸收电路。R3和R4起到保证电容C3及C4分压均匀的作用。CT为初级电流检测用的电流互感器,作为电流控制时的

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