一种低漂移对称大功率高压直流变换器的设计

摘要：在UPS电源或DC／AC变换器设计中，需要正负对称的直流高压，该电压经逆变器后获得50 Hz(或其他频率)的正弦电压。为保证负载和变换器本身可靠工作，要求输出交流电压的直流分量足够小，因此获得高度平衡对称的直流高压是减小直流分量的必要条件。详细介绍了一种对称的大功率高压直流变换器技术方案，它通过对称Boost变换器和脉冲变压器采样反馈技术实现了低漂移、大功率、宽输入范围、输出不平衡度很小的直流高压。详细描述了主要参数的设计方法，最后给出了测试结果。
关键词：变换器；对称直流高压；直流分量；低漂移

1 引言
在UPS或DC／AC设计中，需将输入220 V交流电压或蓄电池电压转换为±375 V的直流电压，然后交流变换器将直流电压变换为220 V／380 V，50 Hz的正弦交流电压，这种交流电压往往会产生直流分量。交流电压的直流分量对感性负载和变换器本身具有极大的危害；它一方面容易使磁性器件产生偏磁饱和，另一方面可使变换器本身过载损坏。这种直流分量在10 s内应小于均方根值的0．1％，这就要求变换器的输入直流电压不对称偏差不大于交流输出有效值的0．314％。为此，需设计一个低漂移、高度对称的高压大功率直流升压变换器。

2 升压变换器方案选择
实现高频大功率升压变换器的典型方法有推挽、半桥、全桥和Boost变换等几种方法。推挽、半桥和全桥拓扑的共同缺点是：①它们都需要一个升压变压器，次级又需两个对称的升压绕组。由于功率大，除了制造困难和体积大外，还会增加漏感，漏感会产生很大du／dt，对功率器件的安全工作和EMI产生不利影响；②电路不能实现正、负对称输出。由于输出绕组不能做到完全对称，而控制电路又不能对输出电压进行单独控制，故正负电压必然产生误差；半桥电路的初级电压由电容分压取得，更不易保证对称输出。另外，全桥电路驱动复杂，成本高，损耗大；③可能发生磁性器件阶梯性饱和，威胁功率器件的可靠工作。
对称Boost变换器完全采用电子电路，虽然不能做到电路参数和输入电压的完全对称，但由于有两个相互独立的采样、反馈控制回路，使输出电压的平衡性不受电路元件参数离散性影响。

3 采样反馈方案选择
3．1 线性光耦采样反馈电路
线性光耦是低压开关电源常用的隔离反馈器件，以其价格低廉和电路简单得到普遍应用。然而其稳定性和精度不适合要求较高的场合。光电隔离器传输特性如图1所示，可见，电流传输比Di在if为5 mA，10 mA时分别约为1，0．67(uce=5 V)，同时uce的变化对其他参数也有较大影响；当温度从0～50℃变化时，Di从1．05变为0．9。实验结果证明，由于其参数的离散性、时间和温度的变化引起的不平衡度会增加到5．6％，因此光耦不适合高压隔离取样。