雙H橋雙峰雙向脈沖電鍍電源設計與仿真

摘要：為了使脈沖電鍍電源輸出頻率可調，電壓可調，正向脈沖開啟時間寬度和負向脈沖開啟時間寬度可調的雙峰雙脈沖。特此提出了一種綠色可靠、節能高效的新設計方案，第一個H橋采用ZVZCSPWM DC／DC變換器時輸入的直流電壓進行降壓，變成高頻交漉脈沖電壓，然后經過高頻變壓器的隔離和耦合，再通過橋式整流濾波得到穩定的直流電壓，最后經過第二個H橋進行切換，得到任意頻率，任意占空比的雙峰雙向脈沖。實驗證明應用該方案能降低開關管的開關損耗，降低元器件的要求，能將電源的效率提高到90％以上，同時由于此電源具有脈沖換向功能，在電鍍時，大大增加了貴金屬的利用效率。
關鍵詞：全橋移相軟開關；雙H橋；雙峰雙向；PSIM；雙向多脈沖

由于脈沖電源擁有廣闊的應用領域，因此研制高頻高效、綠色可靠、智能化、輸出特性優良的脈沖電源對工程應用有重要的實際意義。同時，脈沖電源的研究涉及電力電子、新型功率開關器件的應用、自動控制技術、電磁理論、材料科學和電路系統建模、優化等多方面內容，因此具有廣泛的理論和學術意義。雙峰雙向脈沖電鍍電源與傳統的充電電源相比，雙脈沖雙極性正負換向脈沖電源采用電源脈沖換向功能，在電鍍時使鍍層凸處被強烈溶解而整平，提高電鍍質量，節約貴重金屬。能夠取得更好的電鍍效果及節能效果，對電網的污染小，特別是應用在精密公差要求的一些特殊工件電鍍，以及一些直流電源電鍍不能得到理想效果的場合，如：連接器及其針腳、精密圖案、電路板過孔、微波電路板、多層板等等。同時，新技術的應用將減少電鍍電源對電網的污染，增加貴金屬的利用效率，減少企業成本，保護環境資源。

1 主電路結構
主電路如圖1所示，第一個H橋采用全橋移相軟開關ZVZCS PWM DC／DC變換器進行降壓，得到高頻交流脈沖電壓，然后經過高頻變壓器的隔離、降壓，再經過橋式整流濾波得到穩定的直流電壓，此處的橋式整流二極管為快速恢復二極管，能對高頻變壓器耦合過來的高頻交流脈沖做出快速反應，并且在快速回復二極管上接入RC吸收網絡，抑制其寄生振蕩，減小尖峰電壓。然后將整流濾波得到的直流電壓送往第二個H橋進行切換，獲得任意頻率，任意占空比的雙峰雙向脈沖。該電路中，第一個H橋由于采用軟開關，避免了開關器件大電流與高電壓同時出現的硬開關狀態、抑制感性關斷電壓尖峰和容性開通時管溫過高，減小了開關損耗與干擾，同時降低了開關管的要求。通過兩個H橋的巧妙結合，既大大提高了電源的效率，又節約了電源制作的成本。

2 全橋移相軟開關變換器工作原理及波形
在一個開關周期中，全橋移相軟開關變換器共有10種開關模式。在分析之前作如下假設：
阻斷電容Cb足夠大；
為變壓器初、次級繞組匝數比；
所有開關管、二極管為理想器件，電容、電感為理想元件。
1)開關模式0(to時刻)在to時刻，Vg1和Vg4導通，變壓器初級電流ip給阻斷電容Cb充電。變壓器初級側電流Ipo=Io／n。阻斷電容Cb電壓為UCb(to)。
2)開關模式1(to，t1)在to時刻，關斷Vg1，ip從Vg1轉移到C2和C1，給C1充電，C2放電。在這個時段，Llk和L是串聯的，而且L很大，可以認為ip近似不變，類似于一個恒流源，其大小為Ipo=Io／n。變壓器初級側電流ip繼續給阻斷電容Cb充電。C1的電壓從零開始線性上升，C2的電壓從Uin開始線性下降，Vg1是零電壓關斷。