新型模块式高频高压大功率开关电源的设计

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1、新型模块式高频高压大功率开关电源的设计——模块PF1000A-360和IPM-4M的应用 鲁思慧本文介绍PF1000A-360型AC/DC功率变换模块和IPM-4M型全桥式DC/AC高频大功率变换模块组合设计出新型模块式高频(22-25KHZ)高压(100V-120V)大功率1000W开关电源。又阐明这开关电源设计方法和工作原理及模块特点。1、问题的引出1.1电力电子技术的发展在电力电子技术中，开关电源占有重要地位，而现代电力电子技术的繁荣与开关电源（特别是高频开关电源）的发展紧密联系在一起，则高频化是现代电力电子技术焦点之一。但现代高

2、频开关电源技术的进步得力于新理论、新技术、新器件、新材料的支持。其应用空间迅速扩展，除了计算机、电机变频控制、电悍、电镀、电感加热、超声波加工（清洗）等所用的变流设备在原有基础上升级换代外，荧光灯和新型电光源的镇流器，现代办公设备、通讯装置、运载工具、移动军事装置、航空、航天、航海装置等，都开始将注意力转向以高频变换为代表的现代电力电子技术，许多新的应用领域中其热点也陆续发展并选中高频开关电源(DC/AC)。1.2市场的需要在上述这些应用领域中很重要的是要求高可靠的高频高压大功率的开关电源。根据现代电力电子技术关于高频电源电路应集成化、

3、智能化及模块化的又一特点，纵观目前市场，由于国内在此方面起步较晚，因而具备这一特点的高可靠高频大功率开关电源还处于开发研制(包括国外厂商在内)之中，即使有,也只是AC_DC或DC_DC的±48v、±24v等常用通讯用的开关电源。面对这新的桃战和机遇，我们采用了日本联美兰达（NEMIC-LAMBDA）公司产的PF1000A-360型AC/DC功率变换模块和IPM-4M型全桥式DC/AC高频大功率变换模块并将其前后级相连又与高频大功率脉冲变压器T等一起组合而成新型模块式高频(22-25)KHZ高压(100V-120V)大功率（1000W）开

4、关电源,并作为信号源(或称超声波发生器)与换能器匹配组合成高声高强度超声波管道清洗机。值此，该新型高频高压大功率开关电源设计方案作一分析介绍。2、设计思想对高频高压大功率开关电源而言，其程式应该由前级AC-DC(市电交流输入220v变换成直流高压)和后级DC-AC(直流高压逆变成高频高压)两大主要部分组成。按目前常规的设计，前级AC-DC往往采用市电220v交流输入经整流滤波；而后级采用电源管理IC（电源控制芯片）和全桥大功率管(MOSFTT管或IGBT管)及脉冲大功率变压器一起组成的零电压开通、关断的谐振电路（ZVS）拓扑方式来实现D

5、C-AC，见图1所示。2.1这种分立组合式的设计程式对高频大功率电力电子技术来说有较大缺陷 首先分析后级DC-AC。虽然电源管理器(控制芯片IC)功能很强，但由于仍属分立组合，故制作调试烦琐，特别是与大功率管连接的功率驱动部分往往都是小型高频变压器与驱动三极管的合成，所以在负载匹配上经常出现由于连线分布电容和电感所形成的尖峰脉冲将击穿或烧毁；再看前级AC-DC，进行AC-DC,是将输入交流的220V市电变换成直流高压(320V-350V)的大功率变换，若是采用一的般的桥式整流加滤波，则在交流电源一个周期内，其整个开关电源只有很短时间从交

6、流电源吸取电流，输入脉冲电流的峰值很大，它含有非常高的谐波分量（三次谐波尤为突出），由于只有输入电流的基波分量才能产生有功功率，因此开功率因素很低，同时，谐波电流还会严重污染电网，并干扰其它设备。2、模块化技术的应用方案是克服上述缺陷的最有效设计3.1选用合适功率变换模块电路前级AC-DC大功率变换为了提高功率因素，限制电流畸变和谐波，必须必须采用功率因素校正（PowerFactorCorrection,简称PFC）新技术，即具有谐波和功率因素校正及各种过压、过流等保护功能的功率变换模块电路。据此，采用了日本NEMIC-LAMBDA公司

7、产的PF-1000要-360型AC-DC大功率变换模块，将(AC)交流输入220v成直流(DC)360v.其PF-1000A-360型AC-DC变换模块内部框图，见图2所示。交流输入220v加到PF功率变换模块的输入引脚AC(L火线)和AC(N零线)，经功率因素和谐波校正后,从PF模块的引脚+U0和-Uo输出。PF-1000A-360型AC-DC大功率变换模*模块PF-1000A-360型AC-DC变换模块技术指标：其输入电压为交流170V—265V，而输出电压为直流360V;输出为直流电流2.8A-4.2A;输出功率为1008W-15

8、12W；典型浪涌电流60A；最小功率因素为95%；输出电压精度为±2%；*模块的特点:可实现功率因素和谐波校正，效率高达95%以上。带有过压保护、过热保护和输入浪涌保护等保护电路。模块内部将功率电路和控制电