电力用15KW全桥移相整流模块的设计
0 引言在大型发电厂中，由于需求的直流负荷比较大，蓄电池的容量通常都在2000AH以上。若采用常规的10A或20A的开关整流模块，一般需要20或10以上的模块并联，这样并联的模块过多，对模块之间的均流以及单个模块的限流会带来一定的影响，瞬间合闸操作形成的冲击容易导致模块烧坏，而且模块的可靠性并不随着模块数量的增加而增加，一般并联的模块数量最好在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，或多个20A高频模块并联方案的比较多，但性价比不是很高，鉴于市场竞争的日益白热化，因此，很有必要开发针对大型电厂用户的大容量开关整流充电电源。本文介绍的15kW全桥移相ZVS PWM整流模块正是考虑了这种要求，它采用了ZVS-FB PWM直流变换技术，控制电路采用UC3875专用全桥移相控制芯片，模块具有重量轻、效率高、性价比高等优点，它确实在相当程度上改善了电源产品可靠性、效率、电磁干扰(EMI)三大基本性能。
1 方案框图
该模块方案框图如图1所示。
2 主要技术方案设计
2．1 移相全桥软开关DC／DC变换
移相全桥软开关DC／DC变换包括软开通和软关断。普通PWM变换器是改变驱动信号脉冲宽度来调解输出电压，它在功率管开关期间存在很大损耗，故采用硬开关技术的电源模块的尖刺干扰大，可靠性差，效率低。而采用移相控制技术控制全桥来实现软开关的电源模块，是通过改变两臂对角线上下功率管驱动信号移相角的大小来调节输出电压，让超前桥臂功率管的驱动信号领先滞后桥臂功率管的驱动信号一个相位，用专用移相控制芯片UC3875对同一桥臂的两个反相驱动电压设置不同的死区时间，利用变压器漏感、变压器初级外串的谐振电感和功率管结电容、寄生电容、功率管源漏之间外并的谐振电容完成谐振过程，实现零电压开通和零电压关断，从而能够使得功率管在开关过程中避免电流与电压同时处于较高值的硬开关状态，抑制感性关断电压尖峰和容性开通时功率管温度过高，减少了开关损耗与干扰，提高电源整机的可靠性。
2．2 基本全桥PWM变换器及其控制
全桥变换器适用于中大功率应用。图2是基本电路结构和控制策略。
2．3 移相控制ZVS-PWM DC／DC全桥变换器
全桥变换器的软开关技术，对降低损耗和提高频率具有的实用价值。移相控制零电压开关PWM变换器利用变压器的漏感或原边串联电感和功率管的寄生电容或外接电容实现零电压开关。电路主桥结构及主要波形如图3所示。
2．4 控制方法
控制采用UC3875专用芯片，该芯片的内部方框图如图4所示。
该专用芯片有如下特点：
(1)独立可编程开通延时、零延时可能；
(2)电压、电流控制模式均可；
(3)高频化，实用的开关频率可达300kHz，误差
(4)四个图腾柱结构输出驱动电流达100mA；
(5)时钟同步信号输入\输出方便；
(6)快速保护功能，含欠压锁定、过流保护等。
2．5 功率器件的选定及功率变压器的设计
利用UC3875N四个图腾柱结构输出驱动电流大的特点，使其驱动DC／DC功率变换桥，DC／DC功率变换桥由IXFH23N80Q组成，开关频率设定为66kHz，功率变压器是模块的“心脏”部分，它的选材、计算及绕制方法等将关系到所设计模块的成败及性能的好坏，必须高度重视。功率变压器设计必须是：当模块输出满载，输入电网最低时，仍要满足系统的正常工作。
为了便于散热，DC／DC功率变换桥的功率变压器是由若干个变压器串联组成，变压器磁芯选用多付ETD49，绕组用多股漆包线绕制。
2．6 移相全桥软开关(FB-ZVS-PWM)实现要点
(1)同一桥臂(超前桥臂或滞后桥臂)上下某一功率管关断即开始谐振，谐振的目的是为了使另一功率管零电压导通创造条件。
(2)功率管源极、漏极之间并联电容，且主变压器的初级处于稳态工作状态是功率管实现零电压关断的条件。
(3)主变压器原边通过功率管的体二极管处于续流状态是功率管实现零电压开通的条件。
(4)零电压关断好实现、超前桥臂零电压开通亦好实现，但滞后桥臂的零电压开通不好实现，原因是滞后臂换流期，输出滤波电感，未参与谐振与滞后。
(5)普通PWM变换器是改变驱动信号脉冲宽度来调解输出电压，它不能实现电源输出电压从零可调，而移相控制全桥软开关电源，是通过改变两臂对角线上下功率管驱动信号移相角的大小来调节输出电压，所以它能实现电源输出电压从零可调。