基于移相全桥的60V/50A大功率可调电源

本文研究的3kW大功率可调电源是构成智能型高功率电源及功率管理系统的关键单元，其自身及其使用的技术可以满足武器与军用卫星的后续型号与未来各种弹、箭、星、船等航天飞行器的功率变换需求与功率控制的需求，同时可推广应用到广泛应用于战略战术导弹系统，车载电子系统、军用卫星等领域。

　　本文详细讲述了3kW 大功率可调电源的研制情况，为软开关技术在军用领域的应用做了有意的探索与尝试。

　　1 工作原理与研制难点

　　3kW大功率可调电源通过将输入的市电进行整流、再通过PFC单元进行功率因数校正变换成

　　高压直流电供给主功率变换部分，主功率变换部分采用软开关ZVS技术进行功率变换，通过电压基准(电压环控制基准 耐)、电流基准(电流环控制基准 )对输出电压和输出电流的最大值进行设置。3kW大功率可调电源采用ZVS型移相全桥的电路拓扑结构来实现主功率变换部分，使用ZVS型移相全桥的电路拓扑结构使该电源具有了较高的转换效率，输出纹波的峰一峰值大为改善(50mV以内)。

　　3kW大功率可调电源在技术上的实现难点最主要有三点：

　　(1)采用何种方式在输出轻载下实现主功率管的软开关(ZVS);

　　(2)输出电压在0～60V范围内任意设定，输出电流在0～50A内任意变化时保持电源稳定工作;

　　(3)如何实现输出电压的零电压起调。

2 主要功能的实现

　　2.1 输入部分的实现

　　输入部分设计有保护电路，在启动过程中监视PFC的输出电压，当PFC电压建立后，给出“允许主功率部分工作”信号，当主功率部分接受到此信号才开始工作。当PFC的输出发生过、欠压时切断“允许主功率部分工作”信号，使主功率部分停止工作。2.2 主功率部分的实现

　　移相全桥ZVS电路在输出轻载下实现主功率管的软开关(ZVS)，主要方法有变压器原边电路串人饱和电感，采用辅助谐振网络(有多种实现方式)，以及参考文献[4]中提到的新型移相全桥ZVS电路等。原边回路串人饱和电感(增加谐振电感)会使轻载时主功率变换部分效率很低，同时使主功率变换部分副边占空比丢失现象加剧。在实际应用中确定饱和电感很困难，因此一般是使用高频电感。参考文献[1]中介绍拆焊国外350V/10A军用电源时，发现主功率变压器原边绕组串联的附加谐振电感器，是一种直径为q~33mm的铁硅铝磁环，绕组用多股细线绕3.5圈，电感量为3.2lxH。本文研制的3kW大功率可调电源在实验中发现，加入饱和电感(增加谐振电感)对原边电流波形有改善，但是原边电压波形随着饱和电感电感值的增加而波形上的毛刺加大。一般折中考虑，可以使用微亨级铁硅铝材料的电感。

　　本文中研制的电源经过综合考虑采用辅助谐振网络来实现输出轻载下主功率管的软开关(ZVS)。主功率变换部分电路如图2所示。主功率

　　变换部分采用移相全桥ZVS电路， 、c日 、 、D 、D止组成辅助谐振网络并联于采用移相全桥ZVS的滞后桥臂，它不干扰主功率变压器电路，功耗也小，其工作状态不受负载电流大小的影响。辅助谐振网络能使滞后桥臂开关管在轻载时实现ZVS，明显减小占空比丢失，提高了电源的效率和可靠性。

　　辅助谐振网络的电流增强原理是：当滞后桥臂下管S 关断时，辅助电感的电流与原边电流同时流入节点B;而当滞后桥臂上管S 关断时，它们又同时流出节点B。也就是说两种电流同时对并联电容器充电、放电，它在各种负载电流时，特别是在轻载或者空载等恶劣条件下，也能在S 、s4开通之前，抽掉并联电容器中的电荷，实现完满的零电压开关ZVS。

　　为串入主电路的电感，由于辅助谐振网络的存在， 可以大大减小甚至取消。在本文中设计的3kW大功率可调电源没有使用饱和电感厶，而是只使用了辅助谐振网络。图3给出了输出12.9V/10A时滞后桥臂MOS管s 的d、s间及 s间的电压波形。可以看出在输出功率为设计功率的4%左右时滞后桥臂已经实现了零电压开关。通过参考文献[2】的理论分析可知，超前桥臂此时一定实现了零电压开关。