基于IGBT的電壓型逆變器輔助開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)

0 引言
　　電壓型逆變電源的輔助開(kāi)關(guān)電源其雙管反激式開(kāi)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(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠，因而能滿足電壓型逆變器等對(duì)電源的高可靠性要求。
　　下面以逆變電源控制回路供電的開(kāi)關(guān)電源為例，介紹反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。該開(kāi)關(guān)電源已通過(guò)檢驗(yàn)并投運(yùn)。
1 雙管反激式開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和工作原理
雙管反激式開(kāi)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(chǎng)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(guò)場(chǎng)效應(yīng)管直接與直流電源Vs相連，2個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管需要同時(shí)通斷。因此，通過(guò)一個(gè)相位相同但相互隔離的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)，通常采用一個(gè)小型的雙繞組輸出的變壓器。和其他反激式電路一樣，在場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)通時(shí)，只把能量存在磁路中；斷開(kāi)時(shí)，磁路轉(zhuǎn)換成電能送至負(fù)載。2個(gè)二極管D、D的作用是把過(guò)剩的反激能量反饋回電源Vs中，并把2個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管都鉗制在V（忽略二極管正向管壓降）。
3 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)
3．1技術(shù)指標(biāo)
本設(shè)計(jì)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(duì)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源主回路
　　主回路開(kāi)關(guān)管選用電壓驅(qū)動(dòng)型CMOS管，2SK1317，與傳統(tǒng)的反激自激式開(kāi)關(guān)電源中的晶體管相比，具有頻率大、驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小的優(yōu)點(diǎn)。為了減小開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)應(yīng)力，設(shè)計(jì)了與原邊電感并聯(lián)的RC緩沖器，吸收關(guān)斷過(guò)電壓的能量。為了滿足輸出低紋波的要求，輸出采用多級(jí)電容濾波。
3．3變壓器的設(shè)計(jì)
　　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(diǎn)。現(xiàn)就本裝置中高頻變壓器的設(shè)計(jì)說(shuō)明如下。設(shè)計(jì)流程如圖3所示。
　　對(duì)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(biāo)。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(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。考慮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(dǎo)線。由于副邊繞組中將流過(guò)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(kāi)關(guān)頻率決定。
　　變比的選擇要適中，選的過(guò)大將導(dǎo)致導(dǎo)通時(shí)間達(dá)到最大時(shí)，輸出電壓可能也達(dá)不到設(shè)計(jì)值；選的過(guò)小會(huì)增大原邊損耗。
　　由以上分析可知，首先根據(jù)實(shí)際要求計(jì)算出磁心面積和磁心的數(shù)量，然后計(jì)算原副邊的線徑，同時(shí)可以通過(guò)計(jì)算或仿真確定漏感、線損、導(dǎo)線電容。如果磁心損耗過(guò)大，需要反復(fù)調(diào)整線徑或變比直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。高頻變壓器主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。
4 試驗(yàn)波形分析
　　開(kāi)關(guān)管2SK1317的漏一源兩端的電壓V。的試驗(yàn)波形如圖4所示。
　　輸出電源經(jīng)過(guò)LC濾波以及后級(jí)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(shí)，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(jì)要求。
　　從以上2個(gè)波形圖可以看出開(kāi)關(guān)管的工作波形比較理想，關(guān)斷時(shí)無(wú)振蕩。輸出+15V平穩(wěn)電壓，比較光滑。
5 結(jié)束語(yǔ)
　　本設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源工作穩(wěn)定，輸出紋波小，主回路開(kāi)關(guān)管工作波形理想，無(wú)振蕩，無(wú)尖峰電壓，變壓器無(wú)發(fā)熱現(xiàn)象，系統(tǒng)具有良好的工作性能。