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电镀用移相全桥软开关的电路讲解

日期:2015年6月2日 16:22

由于行业的特殊性,用于电镀的电源较普通电源有着明显不同,电镀电源需要较高的电流输出,而对输出电压则要求较低。电镀电源的电流要求在几千瓦到几十千瓦不等,这种比较大功率的电镀电源大多采用晶闸管相控整流方式。

此篇文章将为大家介绍一种电镀用开关电源,其输出电压从0~12V、电流从0~5000A连续可调,满载输出功率为60kW。采用了ZVT软开关等技术,同时采用了较好的散热结构。

主电路拓扑结构

考虑到对大电流输出的需要,在主电路的高频逆变部分,本设计选用了IGBT作为功率开关器件的全桥拓扑结构。整个主电路如图1所示,包括:工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC滤波器等。

为了防止偏磁,电路中包含了隔直电容Cb,用它来对变压器的伏秒值进行平衡。考虑到效率的问题,谐振电感LS只利用了变压器本身的漏感。因为如果该电感太大,将会导致过高的关断电压尖峰,这对开关管极为不利,同时也会增大关断损耗。另一方面,还会造成严重的占空比丢失,引起开关器件的电流峰值增高,使得系统的性能降低。

零电压软开关

高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式,控制芯片采用Unitrode公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关,滞后桥臂在75%以上负载范围内实现了零电压软开关。图2为滞后桥臂IGBT的驱动电压和集射极电压波形,可以看出实现了零电压开通。

开关频率选择20kHz,这样设计一方面可以减小IGBT的关断损耗,另一方面又可以兼顾高频化,使功率变压器及输出滤波环节的体积减小。

对输出电流进行限制,是为了对电源当中的开关元件进行保护,以免出现超出过载承受能力的情况。因此,控制电路采用电压电流双环结构(内环为电流环,外环为电压环),调节器均为PID。图3为控制电路的原理框图。加入电流内环后,不仅可以对输出电流加以限制,并且可以提高输出的动态响应,有利于减小输出电压的纹波。

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