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大功率桌面式适配器移相调宽DC/DC变换器

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大功率桌面式适配器移相调宽DC/DC变换器

1.移相调宽变换器的基本工作原理

      移相调宽桥式变换器的主电路如图4-40所示。图中S1、S2、S3、S4表示器件内部的开关管,VD、VD2、VD3、VD表示器件内部的反并联二极管,C、C2、C3、C表示器件的输出电容与外接电容的总和,C表示桌面式适配器变压器T的各种杂散电容之和。L是为改善换流条件而接入的,称为换流电感。与传统的PwM桥式电路相比,除增加了L,及VD1、VD2之外,电路拓扑并无太大差别,其区别在于控制方式不同。传统的PwM控制方式是对角线上的两个开关管同时通/断,其驱动及输出波形如图4-41(a)所示,图中Ua、Ua2、U。、U分别表示4只开关管的驱动信号。当桥路开通(S1、S4或S2、S3同时开通)时,能量由适配器传向负载;当桥路关断(所有器件均不开通)时,变压器T原边电流为零,负载电流由桌面式适配器变压器T副边整流二极管续流副边两绕组内电流大小相等而方向相反,使主变压器保持磁平衡。一个开关周期可分为四个区间,即两个能量传输期和两个间歇期。

移相调宽变换器主电路 

图4-40移相调宽变换器主电路                图441驱动信号

 

     如果把Ua、U2的前沿向前展宽,使其宽度接近Ts/2,把Us、U的后沿向后展宽,使其宽度接近Ts/2,就得到如图4-41(b)所示的驱动信号。由图4-41可知,左边桥臂的驱动信号比右边桥臂的驱动信号超前,即U比Uk超前,U比U超前,故称左桥臂为超前桥臂,右桥臂为滞后桥臂。这样安排的驱动信号也把一个开关周期划分为四个区间,对角线上的两个开关管同时开通的两个区间,即S1、S4(或S2、S3)同时开通。

     在这两个区间内,能量由适配器传向负载,我们称之为有源期。在与适配器的同一条母线相联接的两个器件同时开通的两个区间内,即VD4、S3(或VD2、S4)同时开通时,变压器原边电流经L,而形成惯性环流,无外界能量输入,称之为无源期。

就桥臂中点c、b之间的电压而言,传统PWM与移相PWM方式并无明显差异。也就是说,两种控制方式下,能量传输期的工作状况并无明显差异。而移相PWM方式下的无源期与传统PWM方式下的间歇期则有实质性的差别。在移相PWM控制方式下,正是无源期惯性环流的存在,才改变了桥臂元件和变压器副边整流二极管的换流过程。例如,当S1关断时按图4-41,S4仍处在开通状态。S1关断后,电流将先使C充电,Ca放电。

     当Uc(S2)=0时VD2开通,I将由变压器原边→L→→S4→VD构成回路。在VD2开通期间,给出S2的驱动信号,就可使S2工作在零压开通模式。当S4关断时,如果L,储能足够,l将改经由变压器原边→L→VD3→Va→VD2构成的回路。在VD,开通期间,给出S3的驱动信号,就可使S3工作在零压开通模式。

      由于器件工作在零压开通模式,电压先降到零后,电流再缓慢上升到通态值,所以开通损耗近似为零。另外,因器件开通前电压已下降到零,器件固有电容上的电压亦为零,解决了容性开通问题。同时,由于待开通的器件电压已先降到零,与之相串联的二极管已经截止,其反向恢复过程结束,因此二极管反向恢复问题亦不复存在。

另外,由于器件两端并有电容,器件的关断为准零压关断。关断指令发出后,电流迅速转入电容中,由于受到电容的约束,器件两端电压的上升被延迟减缓,即电流先下降,电压再缓慢上升到断态值,因此关断损耗近似为零,并且关断电压尖峰亦被电容吸收,使感性关断问题得以解决

  2.逐脉限流功能的控制电路

      为了在恶劣负载条件下能不间断供电,并确保功率模块的安全,控制电路必须具有逐脉冲限流的功能。然而现有的移相调宽专用芯片UC3875不具备此功能。因此,控制电路采用具有逐脉冲限流功能的普通调宽芯片SG3525,经变换而得到四路移相调宽信号,其框图如图4-42所示。图4-42中V1为SG3525脉宽调制芯片,“11”、“14”是其输出端,输出宽度受调制的脉冲。V2是脉冲振荡器,输出宽度为3ps的脉冲,V2A由“11”、“14”的上升沿触发,V2B由“11”、“14”的下降沿触发。V3是R-S触发器,产生四个宽度为Ts/2的方波。V4是与门,用于挖死区,V4的输出即为图4-41(b)所示的四个驱动信号。另外,在图4-42中H为霍尔电流传感器,运放A用作比较器,当电流超过设定门限时,比较器输出高电平并送至SG3525的⑩脚,实现逐脉冲关闭

控制电路框图 

图4-42控制电路框图

 

(1)变换器的主要指标

      额定输入:三相380V/50Hz;

      额定输出:DC400A/36V;

      短路电流:不小于500A。

(2)主要器件及参数

      变压器选用超微晶环形磁芯,外径为130mm,内径为80mm,高30mm,开关频率为18kHz,变压器初级为26匝,次级为2×4匝。

      功率模块选用富士公司的产品2MBI100L-120(100A/1200V)。次级整流管选用Motorola公司的产品MUR20030CT(3只)。次级绕组分为3组,构成3个独立的双半波整流,然后并联输出,而不是3只整流管直接并联。

      换流电感采用2副E-20铁氧体磁芯,8匝,气隙约为2mm,电感量约为35H。

      模块集、射之间的并联电容为7200pF根据以上设计的参数制成的实际产品,经检测,其整机效率(包含输入整流滤波损耗、冷却风机损耗、辅助电路功耗在内)高达90%移相调宽全桥变换电路实现了桌面式适配器功率器件的零电压开通和准零电压关断,克服了硬开关模式的固有缺陷,损耗降低,效率更高。实践表明容性开通和二极管反向恢复所产生的短促电流脉冲幅值高,频谱宽,是干扰的主要来源。零电压开通模式消除了这个主要干扰源,使干扰电平大为降低。基于上述两点,移相调宽全桥变换电路特别适宜于用作大功率DC/DC变换器。

 

| 发布时间:2018.05.15    来源:电源适配器厂家
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