基于IGBT的电压型逆变器辅助开关电源的设计

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jiang_0514 发表于 2009/4/9 9:07:00 464 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]

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基于IGBT的电压型逆变器辅助开关电源的设计

摘要:介绍一种实用的电压型逆变器辅助开关电源的工作原理和设计方法。实验证明，该开关电源工作稳定，输出纹波小，变压器无发热现象，系统工作特性良好。
关键词:开关电源；脉宽；调制高频变压器；纹波
0 引言
　　电压型逆变电源的辅助开关电源其双管反激式开关电源能高效地提供多路直流输出，电路元件全部由分立式元件构成，抗干扰能力强，工作稳定可靠，因而能满足电压型逆变器等对电源的高可靠性要求。
　　下面以逆变电源控制回路供电的开关电源为例，介绍反激式开关电源的设计方法。该开关电源已通过检验并投运。
1 双管反激式开关电源的结构和工作原理
双管反激式开关电源的结构框图如图1所

2 主电路工作原理
　　原边线圈使用场效应管的反激半桥变换器线路如图2所示。

高频变压器原边绕组通过场效应管直接与直流电源Vs相连，2个场效应管需要同时通断。因此，通过一个相位相同但相互隔离的信号来驱动，通常采用一个小型的双绕组输出的变压器。和其他反激式电路一样，在场效应管开通时，只把能量存在磁路中；断开时，磁路转换成电能送至负载。2个二极管D、D的作用是把过剩的反激能量反馈回电源Vs中，并把2个场效应管都钳制在V（忽略二极管正向管压降）。
3 开关电源的设计
3．1技术指标
本设计是带有6组输出的75w反激式变换器，具体技术要求为：①输入电压一220X（1±15）V；②工作频率：30kHz，工作频率对电源的体积、重量及电路特性影响很大。若工作频率高，则输出滤波电感和电容体积减小，但开关损耗增高，热量增大，散热器体积加大；③6组输出为：5V／4A，12V／2A、一12V／0．5A，3组15v／o．5A、一9V／0．5A；④输出纹波和噪音：最大值1；⑤原副边绕组之间采取可靠的屏蔽措施；⑥电源效率一80％；⑦工作温度范围：TA0～5O℃。
3．2开关电源主回路
　　主回路开关管选用电压驱动型CMOS管，2SK1317，与传统的反激自激式开关电源中的晶体管相比，具有频率大、驱动控制简单、驱动功率小的优点。为了减小开关管的开关应力，设计了与原边电感并联的RC缓冲器，吸收关断过电压的能量。为了满足输出低纹波的要求，输出采用多级电容滤波。
3．3变压器的设计
　　与传统线性变压器相比，高频变压器具有体积小、重量轻的优点。现就本装置中高频变压器的设计说明如下。设计流程如图3所示。

　　对于高频变压器而言，磁心的选择尤为重要。通常是，高磁通密度，低磁通损耗。高的居里温度和高渗透性是衡量磁心好坏的主要技术指标。通常选用R2KB铁氧体材料制成的EE型铁氧体磁心，其具有品种多，引线空间大，接线操作方便，价格便宜等优点。考虑到高频变压器原边的高电压，在高频变压器的原边必须采用绝缘性能优良的导线。由于副边绕组中将流过较大的电流，可考虑采用铜盘提高通流能量。原副边绕组的变比输入电压、输出电压、功率和开关频率决定。
　　变比的选择要适中，选的过大将导致导通时间达到最大时，输出电压可能也达不到设计值；选的过小会增大原边损耗。
　　由以上分析可知，首先根据实际要求计算出磁心面积和磁心的数量，然后计算原副边的线径，同时可以通过计算或仿真确定漏感、线损、导线电容。如果磁心损耗过大，需要反复调整线径或变比直到满足设计要求为止。高频变压器主要设计参数见表1。

4 试验波形分析
　　开关管2SK1317的漏一源两端的电压V。的试验波形如图4所示。

　　输出电源经过LC滤波以及后级三端固定式线性稳压器7815稳压后，电源在额定功率输出时，输出电压波形如图5所示。输出电压的纹波峰峰值约为100mV，满足设计要求。

　　从以上2个波形图可以看出开关管的工作波形比较理想，关断时无振荡。输出+15V平稳电压，比较光滑。
5 结束语
　　本设计的开关电源工作稳定，输出纹波小，主回路开关管工作波形理想，无振荡，无尖峰电压，变压器无发热现象，系统具有良好的工作性能。

参考文献
[1]张占松，蔡宣三．开关电源的原理与设计[M]．北京：电子工业出版社，1998
[2]陈坚．电力电子学[M]．北京：高等教育出版社，2002

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