全桥移相软开关逆变电源设计

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1、全桥移相软开关逆变电源设计　　摘要：软开关电源是近年来电源技术发展的新方向。本文提出了一种全桥移相软开关逆变电源的设计方案，它采用了全桥零电压零电流脉宽调制变换器（FB-ZVZCS-PWM）的工作模式，本文对系统各部件的设置进行了较为详细的说明。　　关键词：逆变电源；软开关；脉宽调制；FB-ZVZCS-PWM　　0引言　　自20世纪80年代以来，软开关技术取得了较大的进展。在逆变器中，可以利用原有的电路，采用合适的控制模式，添加适当的电感和电容，从而实现功率器件的软开关。　　软开关变换技术的实质是在主电路上增加储能元件L、C产生谐振，迫使功率器件上的电压或

2、电流迅速降为零，从而提供理想的开关条件。　　1全桥移相软开关逆变电源主电路设计　　主电路分为三个部分（见图1）：　　第一部分，输入整流滤波电路。二极管D1-D4组成输入整流电路（实际电路选用整流模块替代）；C1为高频滤波电容，隔离电网与逆变电路之间的谐波干扰；电阻R2、R3和电容器组C2、C3组成滤波电路；R1为限流电阻，限制启动时的合闸浪涌电流；继电器K控制限流电阻切换，启动后闭合，把R1从主电路去除；电阻R10、R11、稳压管D9与电容C11组成延时电路，控制R1切换时间。6　　第二部分，逆变器。VT1-VT4为功率开关管IGBT（实际用两组半桥模块组

3、成），与中频变压器TF1组成逆变器；电阻R4-R7、电容C4-C7与二极管D10-D13共同组成VT1-VT4的RCD吸收回路，减小IGBT开关过程电流、电压冲击。　　第三部分，输出整流滤波电路。快速整流二极管模块D7、D8和直流电抗器L1组成单相全波整流滤波输出电路；R8、C8与R9、C9组成D7、D8的吸收回路。　　2全桥移相零电压零电流脉宽调制（FB-ZVZCS-PWM）变换器　　全桥零电压零电流脉宽调制变换器使原边电流在箝位续流时间迅速衰减到零并保持，固定臂（VD3，VD4）的开关管是零电流开关，移相臂（VD1，VD2）的开关管是零电压开关。这样，

4、一方面使IGBT很容易的用到全桥软开关变换器中，另一方面使变换器附加环路能量减少，占空比损失变小，副边寄生振荡降低，软开关切换负载范围增宽等优点。　　3软开关变换器参数的设计　　3.1中频变压器的选择　　中频变压器主要作用是电压变换、功率传递和实现输入、输出之间的隔离。根据软开关逆变电源技术参数要求对中频变压器提出如下技术要求：工作频率f为20kHz，变换器输入电压U为320V，变换器输出电压U0为28V，变换器输出电流I0最大值为20A。　　3.1.1变压器磁芯的选择6　　由于逆变器的变压器工作频率设计为20kHz，传统的铁心材料硅钢由于损耗太大，已不能

5、满足使用要求。磁芯材料只能从坡莫合金、钴基非晶态合金和超微晶合金（非晶态合金）三种材料中来考虑。综合三种材料的性能比较，选择饱和磁感应强度Bs高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的超微晶合金有利于变压器技术指标的实现。　　3.1.2变压器匝数与变比的计算　　二次绕组匝数N2=N1×U2/U1=60×28/320=5.25，取N2为6匝。　　变压器变比为n=N1/N2=10。　　3.1.3变压器导线线径计算　　当交变电流通过导体时，沿导体截面上的电流分布不是均匀的，最大电流密度出现在导体的表面层，该现象称为集肤效应。集肤效应从根本上说，相当于减少了导体截面而

6、增加了一个给定负载的发热程度。导线通过高频交流时，导线的有效面积的减小可以用穿透深度来表示。穿透深度的意义为由于集肤效应交变电流沿导线表面开始能达到的径向深度。　　3.2功率开关元件IGBT的选择　　IGBT的作用是通过它的周期性开和关作用，把直流电压变换成方波电压，它是软开关逆变电源中的关键核心器件。由于它比较脆弱，对它的设计、选择直接关系到整个焊机的安全、可靠。综上所述，所选IGBT管额定电压1200V，额定电流10A。　　3.3隔直电容的选择　　隔直电容主要的作用就是在原边电流箝位续流时间时与谐振电感发生谐振，使原边电流迅速衰减到零并保持，从而实现固

7、定臂的功率开关管零电流关断。所以隔直电容的设计与谐振电感在箝位续流时间的伏秒积有关。6　　3.4可饱和电感的设计　　可饱和电感的设计关键是根据临界电流选择符合性能要求磁芯的饱和点。选择好合适饱和点的磁芯将相关参数带入式15即可求得相关参数，但实际的可饱和电感受温度的影响较大，在实验中要根据实际情况对匝数进行适当调整才能获得所需可饱和电感。　　3.5.1超前臂并联电容和结电容的等效电容参数的选择　　因最小输出电流和最大输入电压可以使超前臂零电压开通时，大电流和小电压时也就能满足超前臂零电压开通的条件，要在全范围内实现超前臂的零电压开通，必需以最小输出电流、最

8、大输入电压来选择超前臂功率开关管VT1和VT2的等效电容C1、C2