楊義 劉衛(wèi)

摘 要：電力電子開關電源技術在電氣工程自動化中的應用十分廣泛，在電力直流操作電源的整個系統(tǒng)中，整流模塊的設計、功率因數(shù)、均流方式、散熱防塵等問題都是最為重要和復雜的，是逆變技術應用的核心部分。而隨著開關電源數(shù)字化、高頻化、模塊化、綠色化等的出現(xiàn)，可將電力系統(tǒng)高效率用電和高品質用電相結合起來。

關鍵詞：控制電路；逆變技術；數(shù)模轉換

引言

我國地域遼闊，全國各省市的電力供電質量相差較大，為能很好地適應全國范圍內市場的需求，直流操作電源系統(tǒng)必須達到電網所要求的各個參數(shù)；但也要考慮到電源正常工作時的成本和工作效率、精度及可靠性等指標，而且相適應的輸入電壓范圍也不能太寬.所以我們選擇交流電壓輸入為：三相380V±8%，50HZ±18%，或者為：單相220V±8%，50HZ±18%。要求的輸出直流電壓變化范圍是175-270V，而不同規(guī)模的變電系統(tǒng)設備所應用的輸出電流也不同，一般在10-40A的范圍內，這樣可以有效的保證供電系統(tǒng)的可靠性，平穩(wěn)性和安全性，所以電力系統(tǒng)均采用開關電源模塊并聯(lián)運行的方式，即系統(tǒng)采用N+1模式，可以有一臺的余量備份，所以，我們這里設計輸出電流為15A的開關電源模塊。

1 直流操作開關電源技術方案選擇

根據前面的要求，單臺開關電源模塊的輸出功率為：

P0max=V0max·Ie=270×15A=4050W

單臺模塊的輸出功率雖然不太大，但是我們?yōu)榱瞬捎靡葡嗍絑VT軟開關變換技術，還是采用全橋逆變電路，采用VMOSFET作為開關管，由于輸出側的電流小，電壓高，為了能選到合適的快恢復整流二極管，我們采用全橋整流電路，為了提高可靠性和整機效率，采用無源PFC技術，即用LC濾波?？刂苹芈凡捎靡砸葡嗍絇WM控制芯片UC3875為核心的方案，并用電流型控制模式，采用以上技術的直流操作開關電源模塊的系統(tǒng)結構如圖1所示：

圖1

2 電源主電路的設計

2.1 直流母線電壓范圍計算

交流輸入電壓范圍為380V±10%，三相全橋整流為每周期（20ms）六個波頭。無源PFC校正LC濾波，L1較大，C2很小，對電壓的平滑作用隨負載的不同而不同。負載重時，C2上的電壓幾乎與整流后面一樣，輕載時又幾乎為峰值電壓。所以，直流母線上的電壓變化范圍是：

Vdamx=380×■×1.2≈645V

Vdamx=380×■×0.8×sin60°≈372V

2.2 變壓器的變比

變壓器的變比設計需要保證在最低輸入電壓時能輸出所要求的V2min，即

n=■=■≈1.024≈1.2

2.3 效率預估計和功率計算

首先假設變壓器的效率為98.5%，次級回路的效率為96.5%，變壓器初級的效率為95%，則整機效率為：？濁=95%×98.5%×96.5%≈90.3%

額定輸出功率：Poe=2850W

變壓器輸出功率：P2max=2953.5W

變壓器輸入功率：P1max=P2max/98.5≈3000W

電源輸入功率：Pie=2850/90%≈3167W

2.4 開關管選擇

前面已經選定利用VMOSFET作為開關管，現(xiàn)在計算其電流電壓定額。初級回路電流峰值I1M=8.1A，所以可選取開關管定額為12-15A。直流母線最高電壓Vdmax=645V，加上100V電壓毛刺，選取其電壓定額為1000V。因此，我們選取IXYS公司的IXTK21N00型VMOSFET作為開關管，實現(xiàn)ZVT時，開關損耗很小，因為是零電壓開通，且關斷時刻損耗也很小，即Poff=■×I1m×VDS×tif×f=■×8.16×645×50n×60k≈7.9W

3 結束語

目前在我國正在運用的電力直流操作電源主要有高頻開關式電源和可控硅整流式兩種方式。輸出的電壓和電流都能保證留有一定的余量，在電氣工程中電力電子開關電源技術的應用最為廣泛，開關電源技術和電力電子非常快速地向前發(fā)展，供電網絡運行時，電力直流操作電源將輸出的交流電操作成可調節(jié)的，能穩(wěn)流、穩(wěn)壓的直流電壓，新技術的出現(xiàn)又會使許多應用產品更新?lián)Q代，還會開拓更多更新的應用領域。專用電源以開關電源技術為核心的研發(fā)將在未來的工業(yè)電源中發(fā)揮著不可替代的作用。

參考文獻

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