《宽范围全闭环推挽式电源的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《宽范围全闭环推挽式电源的设计（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、宽范围全闭环推挽式电源的设计摘 要：研制高效率、宽范围输入的电源产品是当前电源技术的主要发展方向，该技术主要应 用于太阳能电池板、铅酸蓄电池、锂离子电池等供电的逆变电源系统，对提高系统的可靠性 具有重要的意义。本文基于全闭环推挽式电源的设计要点、功能和原理进行了分析，实际应 用表明，全闭环推挽式电源效率高、输入范围宽、性能稳定、可靠，应用广泛。关键词：高效率、宽范围输入；设计要点；功能和原理；应用。近年来，随着科技的发展，各行业对太阳能电池、铅酸蓄电池、锂离子电池等的应用越来越 广泛，对其供电系统也有了更高的要求，从输入供电范围，电源产品的效率以及电源的环境 适应性等方面都提出了具体要求。而传
2、统的电源产品设计通常采用硬开关式推挽电路，两级 式串联结构，前级的隔离升压电路由电池供电，工作在低压大电流状态，效率较低，因此， 研究如何提高前级电路的转换效率是非常重要的。1 全闭环推挽式电源的设计要点本文介绍了一款高效率、宽范围输入电源，其中主变换电路采用一种宽范围全闭环高效推挽 升压电路形式，该电路可实现较宽的输入电压范围内全闭环输出稳压，并实现开关管的软开 关。该电路的特点是：谐振电感与谐振电容组成第二谐振网络，使开关管零电流关闭，能将 低压直流电高效转换为高精度的高压直流电。2 电源电路组成、功能及原理分析2.1 功率电路2.1.1 功率电路组成功率电路由输入电容、输入电感、开关管、
3、谐振电容、谐振电感、升压变压器、整流桥和输 出电容组成。2.1.2 功率电路各组成部分功能1 ) 输入电容：对输入的直流电压进行滤波并储能；2 ) 输入电感：一是对输入浪涌电流进行抑制；二是与开关管漏源极结电容组成第一谐振网 络，使开关管实现零电流关闭；3 )谐振电感与谐振电容：组成第二谐振网络，使开关管零电流关闭，开关管采用两只高速MOS 管以降低关断损耗；4 ) 升压变压器：为高频铁氧体功率变压器，实现交流电压的生压转换。5 )整流桥和输出电容：共同组成输出整流滤波网络，可将交流信号转换成脉动的直流信号。6 ) 开关管：模块的开关管控制信号采用交替式控制信号分别控制两个开关管，每个开关管
4、的控制信号的占空比最大不超过0.5。当输入电压变化时，控制电路通过电压反馈调节控制 信号的占空比实现输出稳压。为实现开关管零电压开通，必须保证控制信号的死区时间正好 等于开关管漏源极问寄生电容充放电所需时间，为实现开关管零电流关闭，必须保证谐振周 期为开关周期的两倍，这样使开关管在较宽的输入电压范围内实现软开关。2.1.3 功率电路原理分析 功率电路原理图见图1。输入电压为24V,范围1836V,输出电压360V,功率1000W。图 中Cin为输入电容，L为输入电感，开关管选择FQA90N15,电感L与开关管FQA90N15的结 电容C1、C2组成第一谐振网络，C1、C2的容值为1400pF,
5、 L取5曲，谐振周期为24nS，调节 U1的11脚电阻Rd,使死区时间为24nS，以满足开关管ZVS条件，谐振电感Lr与谐振电容 Cr组成第二谐振网络，开关周期为20，谐振周期应设定为两倍开关周期，谐振电感Lr取 H,谐振电容Cr取25 pF,以满足开关管ZCS条件。Tr为升压变压器，D1D4组成输出整 流桥，Cout为输出滤波电容。模块在满载1000W的情况下，在整个输入范围1836V内的转 换效率最低为92.6%,最高为93.2%,实现了全范围ZVS+ZCS软开关。图 1 电源功率电路原理图2.2控制电路2.2.1控制电路组成及原理分析控制电路组成及原理图见图2。图中U1为控制芯片SG35
6、26。SG3526是一款专用于开关电源 的双端驱动控制芯片。将控制芯片的时钟频率设置为100KHZ，则开关管的驱动信号频率为时 钟频率的一半50 KHz,折算成周期为20ys。U1的11脚外接一支电阻Rd,调节其阻值就可以 得到相应的死区时问。使死区时间正好等于开关管漏源极结电容充放电所需时间。使开关管 实现 ZVS。图 2 电源控制电路原理图输出电压经R4和R5分压后，由U3 （比较器）与给定基准电压比较控制U2 （光耦），从而 控制U1的2脚电压。U1的2脚为PWM运算控制器的反相输入端，与1脚比较后调节PWM 的占空比，从而达到控制输出电压的目的。2.2.2控制电路工作过程波形图图 3
7、为模块的工作过程波形图，其软开关过程如下：模式1： 0,t1Q1在零电压下导通，通过Lr、Cr谐振，当流经Q1的电流谐振到零时，Q1实 现零电流关断；模式2： t1,t2Q1关断而Q2还未导通时，通过输入电感L流经变压器剩余的激磁电流，使 C1充电至2Vin、同时C2上的电压放电到零；模式3： t2,t3Q2在零电压下导通，通过Lr、Cr的谐振，当流经Q2的电流谐振到零时，Q2 实现零电流关断；模式4： t3,t4Q2关断而Q1还未导通，通过输入电感L流经变压器剩余的激磁电流，使C2 充电至2Vin、同时C1上的电压放电到零。至此一个工作周期结束。图 3 电源工作过程波形图3电源热设计电源的温
8、升是影响可靠性最重要的因素之一，而影响电源温升的因素主要是电源的效率、电 源壳体的散热面积及传导的热阻。因此，在进行电源的设计时，把重点放在提高电源的效率 上，主功率器件采用进口开关管，效率可达90%以上。考虑电源的实际工作状态，主要是通 过传导方式将热量传递到外壳上，功率较大时利用风冷强制散热。在设计时，将电源内部的 发热器件通过螺钉紧固在外壳的内壁上，最大程度地减小了热阻，使其能通过传导方式散热 避免热源集中，损坏器件。4 环境适应性设计 电源采用六面金属屏蔽式集成一体化设计，内部进行硅橡胶灌封加固，大大提高了产品的抗 冲击和振动能力，进一步加强了产品抗湿热、霉菌和盐雾的能力，该设计形式也
9、使电源具有 良好的电磁兼容性。5 设计验证本次研制的宽范围全闭环推挽式电源产品，经过全性能参数检验和相关环境试验，产品各项 参数满足行业标准要求，尤其输入范围可达到DC10VDC40V；效率高达90%以上。目前采 用该技术生产了多个项目产品，广泛应用于由太阳能电池板、铅酸蓄电池、锂离子电池等供 电的逆变系统中，产品性能稳定、质量可靠可靠。参考文献1张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计.北京电子工业出版社.19981黄启程；贾晓宇；陈敏；胡长生；徐德鸿谐振双向DC/DC变换器频率跟踪控制电源学 报.2014年12期.李爱文，张承慧现代逆变技术及应用北京科学出版社.2000作者简介：李凤军，女， 1970 年生，本科，主要研究方向：新型集成一体化电源
