用于输入交流400Hz场合的机载高频开关电源解决方案

可用UC2854A控制主开关SWB，其缓冲电路是不需控制的，并且具有电路简单的特点。其原理是将二极管DB反向恢复的能量和SWB关断时储存在C2中的能量在SWB导通时转移到C1中。在SWB关断时，L1中的储能向C2充电，并通过D1、D2、D3转移到CB中，同时也向CB放电，用这种电路实现了零电压关断和零电流导通，有效地减少损耗，提高了电路的效率和可靠性。

该电路的主要特点是：

开关SWB上最大电压为输出电压VL。

Boost二极管DB上最大反向电压为VL+VE，VE值由IR、L1、C1及C2的相关值决定。

开关SWB上最大电流上升率由L1和V1决定，并且导通损耗和应力很小。

开关SWB上最大电压率由C2决定，并且关断功耗和应力很小。

在开关周期中，为获得电流和电压上升率的控制而储存在L1和C2中的能量最终又回到输出电源中，这样确保电路真正的无损耗工作。

2.IGBT/MOSFET并联组合开关技术

图3所示为IGBT/MOSFET并联组合开关电路及工作波形图。与MOSFET相比，IGBT通态电压很低，电流在关断时很快下降到初始值的5%，但减少到零的时间较长，约1～1.5μs，在硬开关模式下会导致很大的开关损耗。在组合开关中，并联MOSFET在IGBT关断1.5μs后，拖尾电流已减少到接近零时才关断。

图3 IGBT/MOSFET并联组合开关电路及工作波形图

这种技术因通态损耗很低而使得DC/DC变换器的效率很高。但需工作频率相对较低，一般选取20～40kHz。由于半桥组合开关只需两个开关，总的开关器件的数目少，使可靠性显著提高。
3.半桥电路平衡控制技术

通过控制和调整 IGBT/MOSFET栅驱动的延迟时间可使半桥平衡，避免变压器偏磁饱和过流，烧毁开关管。这在脉冲较宽大时，很容易实现。但当轻载或无载时，脉宽很窄 (例如小于0.3μs)，此时的IGBT/MOSFET延迟已取消。因此在窄脉宽时，为保持其平衡，我们采用了一个低频振荡器。当脉宽小于0.3μs时，振荡器起振使PWM发生器间歇工作，保持脉宽不小于0.3μs，以维持半桥平衡，使其在无载时能正常工作。

由于工作频率较低，组合开关的开关损耗很小，通态损耗也很小。

图4 半桥电路平衡控制电路

4.多重环路控制电路

平均电流模式控制系统采用PI调节器，需要确定比例系数和零点两个参数。调节器比例系数KP的计算原则是保证电流调节器输出信号的上升阶段斜率比锯齿波斜率小，这样电流环才会稳定。零点选择在较低的频率范围内，在开关频率所对应的角频率的1/10～1/20处，以获得在开环截止频率处较充足的相位裕量。

另外，在PI调节器中增加一个位于开关频率附近的极点，用来消除开关过程中产生的噪声对控制电路的干扰，这样的PI调节器的结构如图5所示。

图5 具有滤波功能的PI调节器

控制电路的核心是电压、电流反馈控制信号的设计。为了保证在系统稳定性的前提下提高反应速度，设计了以电压环为主的多重环路控制技术。电流环响应负载电流变化，并且有限流功能。设计电路增加了对输出电感电流采样后的差分放大，隔直后加入到反馈环中参与控制，调节器增益可通过后级带电位器的放大环节进行调节。这样电源工作在高精度恒压状态下，输出动态响应，使电源在负载突变的情况下，没有大的输出电压过冲。