一種低漂移對稱大功率高壓直流變換器的設計

摘要：在UPS電源或DC／AC變換器設計中，需要正負對稱的直流高壓，該電壓經逆變器后獲得50 Hz(或其他頻率)的正弦電壓。為保證負載和變換器本身可靠工作，要求輸出交流電壓的直流分量足夠小，因此獲得高度平衡對稱的直流高壓是減小直流分量的必要條件。詳細介紹了一種對稱的大功率高壓直流變換器技術方案，它通過對稱Boost變換器和脈沖變壓器采樣反饋技術實現了低漂移、大功率、寬輸入范圍、輸出不平衡度很小的直流高壓。詳細描述了主要參數的設計方法，最后給出了測試結果。
關鍵詞：變換器；對稱直流高壓；直流分量；低漂移

1 引言
在UPS或DC／AC設計中，需將輸入220 V交流電壓或蓄電池電壓轉換為±375 V的直流電壓，然后交流變換器將直流電壓變換為220 V／380 V，50 Hz的正弦交流電壓，這種交流電壓往往會產生直流分量。交流電壓的直流分量對感性負載和變換器本身具有極大的危害；它一方面容易使磁性器件產生偏磁飽和，另一方面可使變換器本身過載損壞。這種直流分量在10 s內應小于均方根值的0．1％，這就要求變換器的輸入直流電壓不對稱偏差不大于交流輸出有效值的0．314％。為此，需設計一個低漂移、高度對稱的高壓大功率直流升壓變換器。

2 升壓變換器方案選擇
實現高頻大功率升壓變換器的典型方法有推挽、半橋、全橋和Boost變換等幾種方法。推挽、半橋和全橋拓撲的共同缺點是：①它們都需要一個升壓變壓器，次級又需兩個對稱的升壓繞組。由于功率大，除了制造困難和體積大外，還會增加漏感，漏感會產生很大du／dt，對功率器件的安全工作和EMI產生不利影響；②電路不能實現正、負對稱輸出。由于輸出繞組不能做到完全對稱，而控制電路又不能對輸出電壓進行單獨控制，故正負電壓必然產生誤差；半橋電路的初級電壓由電容分壓取得，更不易保證對稱輸出。另外，全橋電路驅動復雜，成本高，損耗大；③可能發生磁性器件階梯性飽和，威脅功率器件的可靠工作。
對稱Boost變換器完全采用電子電路，雖然不能做到電路參數和輸入電壓的完全對稱，但由于有兩個相互獨立的采樣、反饋控制回路，使輸出電壓的平衡性不受電路元件參數離散性影響。

3 采樣反饋方案選擇
3．1 線性光耦采樣反饋電路
線性光耦是低壓開關電源常用的隔離反饋器件，以其價格低廉和電路簡單得到普遍應用。然而其穩定性和精度不適合要求較高的場合。光電隔離器傳輸特性如圖1所示，可見，電流傳輸比Di在if為5 mA，10 mA時分別約為1，0．67(uce=5 V)，同時uce的變化對其他參數也有較大影響；當溫度從0～50℃變化時，Di從1．05變為0．9。實驗結果證明，由于其參數的離散性、時間和溫度的變化引起的不平衡度會增加到5．6％，因此光耦不適合高壓隔離取樣。