10kW全桥移相ZVSPWM整流模块的设计.doc

文档介绍：引言
在大型发电厂中,由于需要的直流负荷比较大,蓄电池的容量通常都在2000A·h以上。若采用常规的10A或20A的开关整流模块,一般需要20个或10个以上的模块并联,并联数过多,对模块之间的均流会带来一定的影响,而且可靠性并不随着模块并联数的增加而增加,一般并联数最好在10个以下。目前,在电厂中大容量的直流充电电源采用相控电源的比较多,因此,很有必要开发针对电厂用户的大容量开关整流充电电源。本文介绍的10kW全桥移相ZVSPWM整流模块正是考虑了这种要求,它采用了加钳位二极管的ZVS-FBPWM直流变换技术,控制电路采用UC3879专用全桥移相控制芯片,同时在轻载时采用了降低开关频率等技术,具有重量轻,效率高等优点。
1 整流模块主电路设计与参数计算
整流模块的主电路原理框图如图1所示,由输入EMI滤波器,整流滤波,ZVS全桥变换器,输出整流滤波和输出EMI滤波器等组成。

图1 主电路原理框图
图1中由开关管S1~S4,钳位二极管D1及D2,谐振电感Lr,隔直电容Cb,主变压器T1以及吸收电阻和电容等组成全桥移相ZVS变换器,其中S1及S3为超前管,S2及S4为滞后管。S1(S3)超前S4(S2)一定的角度,即移相角。S1~S4采用IGBT单管并联组成,开关频率为25kHz左右。
变压器参数的设计
由于设计的全桥移相ZVSPWM整流模块的最大输出功率接近10kW,若采用常规的铁氧体磁芯,由于功率比较大,磁芯不太好选择,实际设计中磁芯采用了超微晶磁环。和铁氧体相比,超微晶材质具有较高的饱和磁密(~)和较低损耗和优良的温度稳定性等优点,非常适宜用作大功率开关电源的主变压器的磁芯。
本模块的输入输出指标为输入304~456V,输出198~286V/35A。
1)直流母线的最低电压Vdmin
Vdmin≈Vinmin×=(1)
式中:Vinmin为三相输入电压最低值304V。
2)变压器副边的最低电压V2min
V2min=(Vomax+VD+Vr)/Dmax=(286+3+2)/=(2)
式中:Vomax为模块输出电压最高值,取为286V;
VD为整流二极管的压降,取为3V;
Vr为变压器副边绕组内阻压降和线路压降,取为2V;
Dmax为最大占空比,。
3)变压器的变比n
n=Vdmin/V2min==
实际变压器原边取为21匝,副边为16匝,变比为21/16=。
谐振电感Lr参数的设计
在全桥移相ZVS变换器中,在超前管S1(S3)的开关过程中,由于输出滤波电感L1与谐振电感Lr是串联的,而L1和谐振电感相比一般比较大,因此超前管很容易实现ZVS;而在滞后管S2(S4)的开关过程中,由于变压器副边是短路的,此时依靠谐振电感Lr的能量来实现ZVS,因此滞后管实现ZVS比较困难,一般设计在1/3满载负载以上实现零电压开关。
Lr=8CmosVdmax2/3I12[2](3)
式中:Cmos为开关管漏源极电容(包括外并电容),实际中取为3300pF;
Vdmax为直流母线电压的最大值,取为
×456=;