一款2KW高頻開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)方案

　　近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，郵電通信、交通設(shè)施、儀器儀表、工業(yè)設(shè)施、家用電器等越來(lái)越多地應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)大功率電源的需求也就越來(lái)越大。

　　與此同時(shí)，大量集成電路、超大規(guī)模集成電路等電子通信設(shè)備日益增多，要求電源的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、輕量化。本文主要針對(duì)濾波電感、電容和變壓器的體積和重量比較大，因此提出了一款2KW高頻開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)方案中的電源電路的設(shè)計(jì)方法，達(dá)到了以減少它們的體積來(lái)實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。

　　0 引言

　　我們可以通過(guò)減少變壓器的繞組匝數(shù)和金減小鐵心尺寸來(lái)提高工作頻率，但在提高開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗會(huì)隨之增加，電路效率會(huì)嚴(yán)重下降。針對(duì)這些問(wèn)題出現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，它利用以諧振為主的輔助換流手段，解決了電路中的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲問(wèn)題，使開(kāi)關(guān)電源能高頻高效地運(yùn)行，從20世紀(jì)70年代以來(lái)國(guó)內(nèi)外就開(kāi)始不斷研究高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，目前已比較成熟，下面以方案中2KW的電源為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　1 設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法

　　1.1 主電路型式的選擇

　　變換電路的型式主要根據(jù)負(fù)載要求和給定電源電壓等技術(shù)條件進(jìn)行選擇。在幾種常用的變換電路中，因?yàn)榘霕颉⑷珮蜃儞Q電路功率開(kāi)關(guān)管承受的電壓比推挽變換電路低一倍，由于市電電壓較高，所以不選推挽變換電路。半橋變換電路與全橋變換電路在輸出同樣功率時(shí)，半橋變換電路的功率開(kāi)關(guān)管承受二倍的工作電流，不易選管，輸出功率較全橋小，所以采用全橋變換電路。

　　傳統(tǒng)的全橋變換電路開(kāi)關(guān)元件在電壓很高或電流很大的條件下，在門(mén)極的控制下開(kāi)通或關(guān)斷，開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)重疊，導(dǎo)致了開(kāi)關(guān)損耗。開(kāi)關(guān)損耗隨開(kāi)關(guān)頻率增加而急劇上升，使電路效率下降，阻礙了開(kāi)關(guān)頻率的提高。在移相控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用功率管的輸出電容和輸出變壓器的漏電感作為諧振元件，使全橋變換器四個(gè)開(kāi)關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)恒頻軟開(kāi)關(guān)。由于減少了開(kāi)關(guān)過(guò)程損耗，變換效率可達(dá) 80%-90%，并且不會(huì)發(fā)生開(kāi)關(guān)應(yīng)力過(guò)大。所以選用移相控制全橋型零電壓開(kāi)關(guān)脈寬調(diào)制（PSC FB ZVS-PWM）變換電路。

　　移相控制全橋變換電路是目前應(yīng)用最為廣泛的軟開(kāi)關(guān)電路之一，它的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)電路相比，并沒(méi)有增加輔助開(kāi)關(guān)等元件。原理如圖1所示，主要由四個(gè)相同的功率管和一個(gè)高頻變壓器壓器組成。E為輸入直流電壓， T1~T4 為開(kāi)關(guān)管， D1~D4 為體內(nèi)二極管，C1 ~C4 為開(kāi)關(guān)的輸出電容。以第一個(gè)橋臂為例介紹，利用變壓器漏感和功率輸出電容C1 諧振，漏感儲(chǔ)能向電容 C1釋放過(guò)程中，使電容上的電壓逐步下降到零，體內(nèi)二極管D1開(kāi)通，創(chuàng)造了T1 的ZVS條件。

　　圖1 移相控制全橋變換電路原理圖