做和电流型控制反激DCDC变换器的设计与实现

电流型控制反激DC/DC变换器的设计与实现

摘要：介绍了一种大功率电流型控制反激DC/DC变换器的设计与实现，并提出了一种更简洁的储能式变压器的设计方法，设计并研制成功1kW27V/190V样机，具有过载短路能力强、体积小、重量轻等优点。

关键词：反具体以下：激变换器；大功率；电流控制

1 引言

静止变流器一般采用DC27V/DC190V/AC115V400Hz的变换结构，前级将输入的27V直流电转换为190V直流电，后级逆变环节将190V直流电变换为用电设备所中国忠旺携手客户深度合作 汽车轻量化领域铝应用不断深入需的115V/400Hz交流电。由于反激变换器具有电路拓扑简洁、输入电压范围宽、输入输出电气隔离、体积重量小等优点，因而将其作为静止变流器的前级电路拓扑，将会使整个静止变流器的体积重量下降，以实现更高的功率密度。

2 电流型控制反激DC/DC变换器

2.1 功率电路

因为输入为低压大电流，故目前的价格提不起国内矿山复产积极性选用单管反激式拓扑结构，如图1所示。针对这一结构主功率开关上必须加缓冲电路，否则开关管关断时漏感能量无处释放，将会引起电压尖峰击穿功率管。常用的缓冲电路有LCD、RCD和有源箝位三种，考虑电路开关频大家千万不要懈怠率较高（80kHz），所以LCD缓冲不可取；而采用有源箝位，箝位开关管要取很大电流定额，且变压器初级有很大环流不利于提高效率，故有源箝位也不可用；RCD缓冲具有无源、电路简洁的特点，如果参数调试合理不会对效率造成太大影响，故被实验样机采用。

图1 RCD缓冲单管反激式变换器电路拓扑

2.2 控制方案

反激变换器具有电流源性质，开环不能开路，否则输出电压极高。作为静止变流器的直流环节使用，当后级逆变桥的四个功率管均关断时，对前级的反激变换器输出端就相当于开路，因而必须采用电压闭环控制；同时为提高电源的性能，采用电流型控制技术，这种电流电压双闭环控制使系统具有瞬态响应快、稳定性高、内在限流能力等优点。

2.3 电路组成

研制的1kW样机电路，如图2所示。整个电路的核心为UNITRODE公司的电流型PWM芯片UC3843N，该芯片原用于设计200W以下的小功率开关电源，这里将其变通使用。Q1、Q2构成图腾柱以增大驱动能力，Q3作射极跟随器取出UC3843的锯齿波，CT1取样主开关管的电流信号，R7、R8将电流信号与锯齿波相叠加作斜坡补偿，以消除电流控制型调节器在占空比大于50％时固有的次谐波振荡，R7、R8的比值可以决定斜坡补偿的深度。R13、D6构成基准电压源，Q5为误差放大管，光电耦合器U3将误差电压反馈给UC3843N，构成电压闭环，同时保证电气隔离。

图2 原理样机电路组成

3 关键电路参数设计

3.1 储能式变压器

设电流临界连续时的功率为总输出功率的1/5，则

Bm=B（1）

式中：Bm为最大磁密；

B为偏置点磁密。

则磁密变化量 B为

B=2(Bm－B)（2）

原边匝数N1为

N1= （3）

式中：Uimin为最小输入电压；

tonmax为开关管最大导通时间；

S为磁芯截面积。

电流临界连续时原边电感L1min为

L1min= （4）

式中：Pomin为临界连续功率；

Ts为开关周期；

为变换效率。

储能式变压器磁芯气隙 为

=（5）

式中：I1p为原边最大峰值电流；

0为真空的磁导率。

3.2 功率开关管

开关管的电压应力UDS和电流应力I1p分别为

UDS=Uimax＋Uo (6.a)

I1p=I1avg＋ I=tonmax (6.b)

式中：I1avg为原边电感电流平均值；

I为原边电流脉动值。

3.3 整流二极管

二极管D5的电压应力UD5和电流应力ID5p分别为

UD5=Ui＋Uo(7.a)

ID5p=I2p(7.b)

式中：I2p为副边最大峰值电流。

3.4 RCD箝位电路

箝位电容C6为

C6 （8）

式中：Ureset为箝位电容C6的初始电压；

L1K为变压器原边对副边的漏感。

箝位电阻R3要满足

(UDS－Ui) Uo（9）

式中：toff为开关管的截止时间。

3.5 死负载R10的选取

由于空载时占空比非常小，且会引起间歇振荡，需加上死负载，其值在调试中决定，在系统稳定的前提下，其阻值越大越好。

4 原理样机试验

设计实例：额定输出功率1000W，输入电压27V，输出电压190V，开关频率80kHz，储能式变压器磁芯R2KBDPM74，绕组匝数N1/N2=4/28，磁芯气隙3.2mm，最大占空比为0.6，箝位电阻R3为51 ，箝位电容C6为5.6 F，箝位二极管D2为DSEI，整流管D5为DSEI，死负载R10取为10k ；电流互感器CT1的匝比是1/250，磁芯采用 27超微金磁环。

样机试验波形如图3所示，图3（a）、（b）分别是空载时的开关管的电流波形和漏源电压波形，其中电流波形是从取样电阻R6上测得；图3（c）、（d）分别是满载时的开关管的电流波形和漏源电压波形。该电源从空载到满载时，输出电压波动小于1％Uo，说明电源的负载调整率是相当高的。

CH1 5V CH2 25V M 5 s CH1: ugs CH2: id （ a） 空 载 功 率 开 关 电 流 波 形

CH1 5V CH2 100A M 5 s CH1: ugs CH2: uds （ b） 空 载 功 率 开 关 漏 源 电 压 波 形

CH1 5V CH2 25V M 5 s CH1: ugs CH2: id （ c） 满 载 功 率 开 关 电 流 波 形

CH1 5V CH2 100A M 5 s CH1: ugs CH2: uds （ d） 满 载 功 率 开 关 漏 源 电 压 波 形

图3 原理样机试验波形

5 结语

反激式变换器完全可用于大功率场所，且具有体积小重量轻的优点。研制成功的原理样机具有功率密度高、稳定性高、变换效率较高、内在的过载与短路电流限制等综合性能，在各种功率应用场所有重要的应用价值。