大功率装置用多路输出高压隔离新型开关电源设计

第五部分包括T₁，T₂，……T_n是一些特殊结构的变压器和电流i₂的电缆线的引线电感L₄。为了减小这个新型电源的体积，功率开关管必须工作在一个很高的频率下。这里采用了多谐振荡零电压软开关技术减小开关损耗，减小器件的电压电流应力，并获得良好的电磁兼容性。所有8个功率开关管都工作在软开关模式下。R₃是一个电流检测电阻用作电源的短路保护。R₄是另一个电流检测电阻，用来实现电流I₁的闭环控制。

3 控制电路

控制电路的主要功能就是产生驱动信号，控制主电路产生一个幅值恒定的高频电流。为了使电流幅值恒定，采用了如上节所述的双Buck变换器电路。这个双Buck变换器控制电路的主要部分包括一个电流反馈的PI调节器和一个PWM信号发生器。单相桥式变换器的控制电路用以产生如图3（c）和图3（d）所示的控制信号。所有上述的功能只要用一片集成芯片UC3875就可以实现。UC3875产生的驱动信号使两个对角开关管的开关动作相对于另两个对角开关管的开关动作产生相移，实现了对桥式功率级的控制，能够在很高的频率下允许固定频率PWM调节结合谐振零电压软开关，实现高效率。

4 输出变压器

采用磁环做输出变压器，每个输出变压器的原边仅有一匝，即高频交流电流i₂流经的一根穿过所有输出变压器磁环的高压绝缘电缆线。通过输出变压器的增减，驱动电源路数能够很容易地实现增减。如果电流I₁和整流器的输出电压足够高，仅一个电源就能够实现大量的隔离输出。新型电源每个输出单元都可以很容易地放置，只要把它们安装在相应晶闸管附近，用电缆线穿过所有磁环，用光纤传送DSP输出的驱动信号，既可实现整个装置的电能与信号分开传送，又可满足限流器中晶闸管安装的需要。因为，这些晶闸管被使用在高压电力电子装置中，每二个晶闸管的驱动电路之间的隔离电压必须足够地高。如果采用一根高压绝缘电缆线作为输出变压器的原边绕组，这样原边绕组与副边绕组之间的隔离电压至少等于这根高压绝缘电缆线的绝缘电压。这样，只要使用一根超高压绝缘的电缆线，变压器的原副边的隔离电压就可以达到相当高的等级。由于原边绕组的匝数仅有一匝，因此，要求导磁体具有很高的导磁率，磁环的磁路长度必须尽可能地短，而磁环的截面积则要求尽可能地大，以获得良好的电磁耦合效果，降低激磁电流。

5 副边电路

图2第二部分所示是辅助电源的主电路，它的其它部分如图4（a）所示。端子J及K与图2中相同的端子相连。而新型电源隔离输出的副边电路如图4（b）所示。由二极管D₁—D₄组成的整流桥，把交流电流变成了直流电流。由电阻R₁—R₇，并联稳压器Z₁，晶体管S₁和MOSFET S₂组成的电路把这个直流电流变成一个稳定的电压。即形成一路驱动电源。

6 仿真波形和实验结果

为了确认设计电源的有效性，对图2及图4所示电路进行了仿真。仿真结果如图5所示。仿真依据的主要参数如下：L₁=1mH，L₂=L₃=L₄=15μH，C₄=C₅=C₆=C₇=1μF。

(a) 辅助电源的副边电路

(b) 隔离输出的副边电路

图4 副边电路