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1 引 言 在通訊、電力領域，要求的直流電源系統輸出的電流電壓各不相同。對于大容量電源系統，往往采用多個同一電壓等級的小容量電源模塊并聯的方法來實現，但如果并聯的電源模塊太多，就不利于均流和可靠性，因此用戶迫切要求大容量電源模塊的出現，基于這種背景作者開發了大容量開關電源。 目前的大容量開關電源一般是由主電路、控制電路組成，而智能化開關電源，往往還有微機構成的數控系統--在實現智能化功能的同時，還對開關電源的一些關鍵參數及各種故障信號進行檢測傳送給上位機，同時上位機的一些控制量也可通過微機系統對開關電源的輸出電壓、電流進行控制，本文采用PIC單片機作為開關電源智能化的核心引導控制電路和主電路進行工作。 大容量開關電源主電路中的逆變電路一般為H橋式結構，可以采用硬開關方式或軟開關方式，這2種方式在國外優秀的大容量開關電源中都在廣泛應用。在本電源中為了簡化電路結構和生產工藝，采用了硬開關技術。但是，硬開關的開關損耗大于軟開關的開關損耗，因此，要合理選擇工作頻率和損耗較小的開關器件至關重要。如果設計合理，硬開關技術仍然極具生命力。 由于開關電源常用的控制方法、主電路結構形式及其相關技術已經非常成熟，因此本文僅對大容量開關電源設計中的幾種新技術進行介紹：PFC技術、工作穩定性、多電源并聯均流。 2 功率因數校正電路的設計 大容量開關電源的進線一般為三相380VAC，為了減少諧波，直流電源系統往往在進線側統一加無源濾波。為了提高功率因數，每一電源模塊在輸入側增加了三相單開關PFC電路。當輸入側的交流電壓變化土20％時，整流后的直流電壓變化土20％，經過PFC控制就可以使一次側直流母線電壓基本保持在670VDC，這樣在提高功率因數的同時還可以減小后級逆變變壓器的體積。 三相單開關PFC主電路一般有2種方案： (1)圖1(a)所示的主電路，其控制方式類似于單相PFC，采用了UCl854高頻有源PFC專用控制芯片，三相橋式整流后的每周期6波頭電壓，分壓輸入到UCl854作為電流給定信號，UCl854通過對開關S的通斷控制，使通過電感乙的電流也是每周期6波頭，這樣，每相的電流波形雖然不能逼近正弦波，但功率因數得到很大的提高，諧波減少。 (2)如圖1(b)的電路，在三相進線端分別加電感，當S閉合時，三相電源通過S分別為3個電感激磁，電感電流從零線性上升；當S關斷時，電感電流逐漸降為0，在一個載波周期里，電感電流近似為三角波，但每相的平均電流與輸入電壓成正比，進線每相電流的峰值包絡線自然而然地形成正弦波，而且電流相位與電壓相位一致，校正了功率因數。比較圖1(a)和圖1(b)，圖1(a)中只用了一個電感，結構簡單，在設計的電源中得到應用。 3 斜波補償及工作穩定性分析 控制電路的核心是電流型雙路推挽輸出的UC3825，電源中所有的故障、啟停都可通過控制芯片的啟停來實現。控制電路包含了輸出電壓、電流控制器；電網輸入的過壓、欠壓、缺相保護；輸出直流電源的過壓、短路保護；散熱器的過溫保護；風扇的智能驅動及故障檢測；幾組模擬電壓、電流給定信號的自動切換，微控板可以檢測到所有的信號。如果說主電路的設計優劣關系到整機可靠性的話，那么，控制電路將直接影響到輸出直流電源的品質。控制主芯片UC3825為電流型器件，所有電流型PWM控制器件有一個共同的特點：當反饋電流大于內部給定電流時立即關斷所驅動的器件。這樣，當反饋電流的波形前沿有毛刺時很容易引起系統的不穩定。解決的方法有： (1)在電磁式電流互感器兩端并接電容去掉毛刺； (2)充分利用器件特性，在器件的電流輸入端和振蕩器斜波輸入端并接電容、阻容。 事實證明：這兩種方法都能克服系統的不穩定。 根據主電路方案及性能要求，輸出電流、輸出電壓采用雙路并聯控制方式，其中電流環為比例一積分控制的單環系統，電壓環為雙閉環系統，內環為電流環，外環為電壓環，采用比例一積分一微分控制方式。動態結構圖如圖2所示，虛線框內是電流環的動態結構圖。 圖2中A，B分別為電流電壓反饋系數，其他參數對應各自環節的物理量。 根據動態結構圖，設計出調節器的參數，可以得到優異的靜、動態性能。 4 均流措施 用戶要求直流電源系統輸出的電流各不相同。對于大電流系統，往往采用較小電流的電源模塊并聯集成，這就要求電源模塊并聯工作時能夠很好地均流。目前，均流方法的發展方向是自主均流，自主均流的原理如圖3(a)所示，2腳為電流取樣輸入端，經過A1放大后輸出給A2同相放大，A2輸出的7腳正是均流母線的正端，如果當并聯的所有電源模塊的均流母線正端接在一起、負(6腳)端全部接地時，如圖3(b)所示，那么均流母線正端的電壓值反映的是并聯各模塊中的電流最大值。由于二極管的單向導電性，只有電流最大的模塊中的二極管才導通。正常情況下，各模塊分配的電流是均衡的。如果負載等外界因素發生變化使各模塊分配的電流不均衡，那么，總有一個模塊的電流最大，自動成為主模塊，其他模塊成為從模塊，通過圖3(a)的A3，A4放大器輸出端3腳的電壓值，改變各自模塊PWM控制信號寬度，跟蹤主模塊的電流基準，以達到與主模塊均流的目的。UC3902是較好的均流器件，圖3(a)的管腳與UC3902一致。在使用中需要注意的是第5腳要接電阻、電容到控制地，而且電阻阻值較小，電容值較大。目的是為了使均流調節慢于電壓環、電流環的調節，否則，可能導致電源系統不穩定。 5 實驗結果及結論 通過對3臺20A／200V和1臺30A／220V電源的測試，其性能如表1所示。 從性能指標及測試結果可以看出，整個電源的各項指標都達到了很高的水準，說明設計是合理的、先進的。 |
