高頻開關電源雙閉環反饋并聯系統

1.前言

高頻開關電源在二十世紀八十年代進入我國后，由于其具有體積小.重量輕.效率高.噪音低等優點，大量地進入我國郵電通訊.電力部門及其它領域，其發展迅速，市場潛力巨大，取代了許多傳統的中小功率可控硅整流電源.而在傳統的工礦企業，如電解電鍍.電化.電火花.電池充電.水處理.熱處理.焊接.冶煉等諸多領域，目前還在大量使用傳統的可控硅整流電源，不符合國家環保節能的政策.目前市場上的單臺高頻開關電源功率受到器件的約束及其它因素的限制，難以在大功率(50KW以上)場合實用需要.為了把功率做大，簡單的方法就是把許多單臺高頻開關電源，將其輸出簡單并聯，形成擴流輸出.但這種方法有一個局限性，那就是并聯后的系統只能是穩流輸出，而不能適應穩壓輸出的應用場合.本文設計思想就是在上述簡單并聯后的基礎上，再單獨設計一個輸出電壓負反饋系統，利用電壓反饋系統的輸出來控制各臺高頻開關電源，形成雙閉環反饋，從而達到并聯系統的穩壓輸出.由于單臺高頻開關電源的工作原理眾所周知，故以下著重從自動控制系統原理方面介紹并聯系統的工作原理.

2.系統控制原理圖

并聯系統的自動控制原理如圖1所示.

在自動控制電機直流調速系統中，有一種轉速.電流雙閉環反饋系統，又稱串級系統.

外環是轉速反饋，內環是電流反饋.任何系統內外擾動或電網電流變化造成的轉速變化，都能通過外環或內環的反饋系統調節，達到穩定的轉速輸出.本文正是基于此設計思想，設計了如圖1的高頻開關電源雙閉環反饋并聯自動控制系統.圖中各臺高頻開關電源本身就是可以獨立工作的，且內部形成電壓或電流負反饋系統.并聯系統電壓反饋屬于外環，內環由高頻開關電源內部形成.這種并聯系統之所以簡單，就是在單臺獨立工作的電源基礎上，把輸出端簡單并聯在一起.而輸入端的給定由外環統一加到各臺獨立的高頻開關電源.

圖1中虛線框內1#.2#.…….N#為各臺高頻開關電源，其內部自動控制原理圖簡化為一階系統比例積分環節，所以各臺高頻開關電源的穩流或穩壓精度很高.圖中它們工作在穩流狀態下.

3.系統工作設計原理

3.1 單臺高頻開關電源設計及總體框圖

單臺高頻開關電源的技術指標：

輸入電壓：380V,50HZ

輸出電壓：DC 18V

輸出電流：DC 800A

限流值：850A

限壓值：18.5V

保護：過流保護.熱保護.過壓保護.欠壓保護

轉換效率：>80%

單臺高頻開關電源總體框圖如圖2所示.

整機電路可分為變換主回路和控制電路兩大部分.交流380V電壓經輸入電源濾波器.輸入直流整流濾波得到550V左右的直流電壓，供給脈寬調制器，它有兩組IGBT模塊.高頻變壓器及輸出整流濾波組成.

由PWM控制電路提供交變脈沖經驅動電路來控制IGBT模塊的通斷，將直流電壓變換成交變的20KHZ脈沖電壓，經高頻變壓器隔離變換成所需的電壓，再經輸出整流二極管全波整流，得到平均幅值為18V的直流電壓.

控制電路由PWM控制電路.驅動電路.反饋取樣電路.限流限壓電路及輔助電源組成.

PWM控制電路輸出兩路彼此相位差180度，并有一定死區的脈沖，經驅動電路放大，控制主回路IGBT模塊的通斷.為了得到穩定的輸出電壓或電流，對輸出電壓或電流進行采樣.反饋，與基準值比較.放大，控制PWM電路的脈沖寬度，調整IGBT的占空比來實現穩壓或穩流.同時通過軟啟動.過流過壓保護.短路保護及限壓限流電路對電源本身實施保護措施.