电力操作电源主电路参数设计

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1、电力操作电源主电路参数设计2006.06.22  来自：电子设计应用网  作者：孙宝文引言随着电力电子技术的发展，移相全桥软开关控制技术逐渐应用于电力操作电源中，因为它不但可以减少电源的开关损耗、电磁干扰，还能改善电路的输出特性，提高电路的效率、稳定性和可靠性。在移相全桥软开关电力操作电源研究中，涉及了很多方面，如主电路的参数选择与设计、控制电路的设计、防电磁干扰的设计以及参数的影响等，本文在此只分析电力操作电源主电路参数设计。图1 操作电源模块原理框图电力操作电源工作原理本电源模块的原理框图如图1所示，三相交流输入电源经输入三相整流、滤波变换成直流，全桥变换电路再将直流电变换成

2、高频交流电，然后经高频变压器变压隔离、经整流器整流、滤波器滤波转换成稳定的直流输出。电源主电路采用移相ZVS全桥软开关变换电路，每一个桥臂采用两个功率管并联。该变换器在一个变换周期内共有12种工作状态，4个开关管轮流导通，实现零电压开通和零电压关断，从而降低了功耗。同时为了抑制直流分量，采用了隔离电容；为了减小占空比，采用了饱和电感，使电源工作更加可靠。电源主电路参数的设计主电路设计主要指标1.输入三相交流电压：， 2.输出直流额定电压：220V，在180V~320V范围内连续可调3.输出电流：10A4.输出最大功率：3200W5.输出纹波系数：≤0.2%6.工作频率：34KHz

3、7.综合效率：≥90%输入滤波电容的选择大功率开关电源采用三相380V交流电输入，经全桥整流后得到脉动的直流电压，输入滤波电容Cin用来平滑这一直流电压，使其脉动减小。相电压有效值: =304V－437V为了保证整流滤波后的直流电压最小值Vin(min)符合要求，每个周期中Cin所提供的能量约为：经整理后，可得输入滤波电容为：。谐振电感的设计设计谐振电感时，为了实现滞后桥臂的零电压开关，必须满足下式：其中，Lr是谐振电感，I是滞后开关管关断时原边电流的大小，CMOS是开关管漏-源极电容，Vin是整流滤波后的直流电压。在实际设计中，考虑到滞后管在1/3满载以上时实现零电压开关，Vi

4、n应取最大值，同时，负载电流为1A时，滤波电感的电流ILf临界连续，也就是说，其脉动量ΔiLf为2A。在1/3负载时，(A)，开关管IXFX2780Q的漏-源电容CMOS=750pF，Vin(max)=618V，Lr=39μH。本谐振电感磁芯选用西门子公司的G42型号罐型磁芯，取气隙δ=2mm，那么根据公式：式中：μ0是导磁率，大小为4π×10-7H/cm；Ae为磁芯的导磁截面积，大小为388mm2。将μ0、Ae和δ代入式上式，可得：绕组匝数N=4。实际中，用6根线径0.62mm的导线绞结绕制而成。高频变压器设计1.主变压器原副边变比设计高频变压器时，原副边变比应尽可能大一些，同

5、时，变压器的变比应按最低输入电压Vin选择。这里假设副边的最大占空比为0.85，则可计算出副边电压VS(min)的大小：其中，Vo(max)是最高输出电压；VD是输出整流二极管的通态压降；VLf是输出滤波电感上的直流压降。故变压器原副边变比为：2.磁芯的材料选择变换器中，高频变压器传递的是频率为34KHz以上的前沿陡峭的高频方波电压。因此，变压器磁芯采用的是西门子公司生产的N27系列铁氧体材料。由于本电源输出功率为2.2kW，根据磁芯规格和功率关系，可采用PM74型号的磁芯。根据B~H温度特性曲线，在本设计中选用的最大工作磁通密度BM为：3.原边和副边匝数选定N27系列的PM74

6、型号磁芯后，则副边就可以由下式确定：式中Ae为磁芯的有效导磁截面积。查手册可知，Ae=790mm2，Vs(min)=Vin(min)/K=396V，所以可得出Ns=20，采用Ns=21，根据变比K=1，同时根据应使变压器变比最大的原则，取原边匝数Nf=23。4.确定变压器绕组导线线径和股数确定绕组的导线线径时，应使用电流有效值：同时，也要考虑导线的集肤效应，在34KHz频率下，穿透深度Δ=0.35mm，因此，绕组应选用线径小于0.70mm的铜导线。若电流密度取4A/mm2，则导线截面积为：查表，可选用6根线径为0.62mm、截面积为0.3019mm2的导线绞结绕制。同时，因变压器

7、原边和副边都是一组绕组，变比为1，即原边也用6根线径为0.62mm的导线绞结绕制而成。5.校核窗口面积因为Nf=23，Ns=21，A1=6×0.62=3.7mm2=A2，可以估算窗口面积S0≥790mm2(磁芯面积)，可得占空系数Km为：这说明所设计的变压器的窗口面积能容纳所有绕组。输出电感的设计从输出滤波器侧来看，PWM型DC/DC全桥变换器实际上类似于一个降压变换器，只不过它的工作频率为开关频率的2倍。因此，在设计PWM型DC/DC全桥变换器的输出滤波电感和输出滤波电容时，可