【摘 要】基于軟開關(guān)技術(shù)的全橋0C/DC變換器在高頻、大功率的直流變換領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用前景，它提高了系統(tǒng)的效率，增大了裝置的功率密度。本文設(shè)計的變換器現(xiàn)正應(yīng)用于電子模擬功率負(fù)載中，該負(fù)載系統(tǒng)要求能有效實現(xiàn)能量回饋電網(wǎng)，且直流高壓>540V，低壓直流為48～60V，因此，為升壓變換。限于篇幅，本文僅對DC/DC變換器的設(shè)計進(jìn)行討論，該變換器利用高頻變壓器的原邊漏感、功率MOSFET并聯(lián)外接的電容實現(xiàn)零電壓開關(guān)，該方案簡單、高效、易實現(xiàn)。采用改進(jìn)型移相控制器UC3879為控制核心，對變換器實現(xiàn)恒流輸入控制，文中給出了實用的控制電路和主要參數(shù)的設(shè)計方法。試驗結(jié)果證明系統(tǒng)性能優(yōu)良、效率高、功率密度大

【關(guān)鍵詞】DC/DC變換器 回饋電網(wǎng)

一、基于軟開關(guān)技術(shù)的DC/DC功率變換器的設(shè)計

（一）基本原理

1.DC/DC變換器的電路原理

圖1所示的是DC/DC功率變換器的電路原理圖，功率開關(guān)管S1～S4及內(nèi)部集成的二極管組成全橋開關(guān)變換器，S1及S3組成超前橋臂，S2及S4組成滯后橋臂，S1～S4在寄生電容、外接電容C1～C4和變壓器漏感的作用是F諧振，實現(xiàn)零電壓開關(guān)。其中C7為隔直電容，可有效地防止高頻變壓器的直流偏磁。低壓直流側(cè)濾波電容為C5、C6、L1為共模電感。

實時檢測的輸入側(cè)電流值同指令電流值比較，得到的誤差信號經(jīng)過PI環(huán)節(jié)輸出，由改進(jìn)型移相控制器UC3879組成的控制系統(tǒng)實時生成變換器的觸發(fā)脈沖；系統(tǒng)實行恒流控制，便于在不同負(fù)載情況下考核被測試的直流電源組，同時，也利于根據(jù)試驗考核系統(tǒng)的功率等級，實現(xiàn)多個相同電子模擬負(fù)載模塊的并聯(lián)

2.控制策略

對于全橋變換器的控制通常有雙極性控制方式、有限雙極性控制方式和移相控制方式。雙極性控制方式下的功率開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)管的開關(guān)損耗很大，限制了開關(guān)頻率的提高。有限雙極性控制方式可使一對開關(guān)管是零電壓開關(guān)，另一對開關(guān)管是零電流開關(guān)，適合選用IGBT作為開關(guān)管，能避免IGBT的電流拖尾。對于功率MOSFET，移相控制方式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡潔，控制方式簡單，也有很多優(yōu)點：

（1）開關(guān)頻率恒定，利于濾波器的優(yōu)化設(shè)計。

（2）實現(xiàn)了開關(guān)管的零電壓開關(guān)，減小了開關(guān)損耗，可提高開關(guān)頻率。

（3）功率器件的電壓和電流應(yīng)力小。

因此，該DC/DC功率變換器的控制采用移相控制方式實現(xiàn)零電壓開關(guān)。每個橋臂的兩個開關(guān)管成180°互補導(dǎo)通（同一橋臂兩開關(guān)管有一死區(qū)時間），兩個橋臂的觸發(fā)角相差一個相位，即移相角，通過調(diào)節(jié)移相角可以調(diào)節(jié)輸出電壓。開關(guān)管關(guān)斷時變壓器的原邊電流給關(guān)斷開關(guān)管的并聯(lián)電容充電，同時，同一橋臂即將開通的開關(guān)管的并聯(lián)電容放電；當(dāng)關(guān)斷開關(guān)管的并聯(lián)電容電壓充電到輸入直流電壓時，即將開通的開關(guān)管集成的反并聯(lián)二極管自然導(dǎo)通，這時該開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通。開關(guān)管關(guān)斷時，由于并聯(lián)電容的存在該開關(guān)管實現(xiàn)零申壓關(guān)斷。

（二）控制電路及主要參數(shù)的設(shè)計

1.控制電路的設(shè)計

移相控制器UC3879是UC3875的改進(jìn)型，該集成電路提供了全部必要的控制、解碼、保護(hù)及驅(qū)動功能，可獨立編程控制時間的延遲，在每只輸出級開關(guān)管導(dǎo)通前提供死區(qū)時間，為每個諧振開關(guān)區(qū)間里實現(xiàn)ZVS留有余地，總的輸出開關(guān)頻率可達(dá)300kHz，保護(hù)功能包含欠壓鎖定、過流保護(hù)，它適用于電壓型控制或峰值電流型控制，圖2是控制電路原理圖，欠壓鎖定電平根據(jù)UVSEL端狀態(tài)選定，有兩個預(yù)定義的閾值：若UVSEL端浮動，則芯片在電源電壓超過15.25V啟動；若UVSPL端接VIN端，則在10.75V時啟動。/EA端為誤差放大器反向輸入端，該端同COMP端之間接R、C補償元件。CS端是電流比較器的同相輸入端，其反相端在芯片的內(nèi)部設(shè)置成2.0V和2.5V；當(dāng)該輸入腳超過2.0V時，誤差放大器輸出電壓將超過RAMP端的電壓，移相角將限制在一個基本的值上，當(dāng)該輸入腳超過2.5V時，輸出端關(guān)斷。如果該輸入腳超過2.5V的直流電壓，輸出端無效并且保持低電平，故使用該腳作為電壓、電流保護(hù)的輸入端。

工作頻率由腳RT及CT外接的元件R3及C10決定，如果工作頻率為fs，振蕩器的占空比為Dosc，則：

二、結(jié)語

這種基于軟開關(guān)技術(shù)的DC/DC功率變換器，在功率為3 kw的電子模擬功率負(fù)載模塊設(shè)計中成功地得到了應(yīng)用。從實驗的波形可以看出，全橋變換器的開關(guān)管實現(xiàn)了零電壓開關(guān)，減少了器件的開關(guān)損耗。經(jīng)測試，系統(tǒng)的效率達(dá)到了93%，同時整個裝置的功率密度也增加了

參考文獻(xiàn)：

[1]《280W移相全橋軟開關(guān)DC/DC變換器設(shè)計》

[2]《單開關(guān) DC/DC 變換器的一種軟開關(guān)實現(xiàn)策略》