電流型控制反激DC/DC變換器的設計與實現

摘要：介紹了一種大功率電流型控制反激DC/DC變換器的設計與實現，并提出了一種更簡潔的儲能式變壓器的設計方法，設計并研制成功1kW27V/190V樣機，具有過載短路能力強、體積小、重量輕等優點。

關鍵詞：反激變換器；大功率；電流控制

1 引言

靜止變流器一般采用DC27V/DC190V/AC115V400Hz的變換結構，前級將輸入的27V直流電轉換為190V直流電，后級逆變環節將190V直流電變換為用電設備所需的115V/400Hz交流電。由于反激變換器具有電路拓撲簡潔、輸入電壓范圍寬、輸入輸出電氣隔離、體積重量小等優點，因而將其作為靜止變流器的前級電路拓撲，將會使整個靜止變流器的體積重量下降，以實現更高的功率密度。

2 電流型控制反激DC/DC變換器

2.1 功率電路

因為輸入為低壓大電流，故選用單管反激式拓撲結構，如圖1所示。針對這一結構主功率開關上必須加緩沖電路，否則開關管關斷時漏感能量無處釋放，將會引起電壓尖峰擊穿功率管。常用的緩沖電路有LCD、RCD和有源箝位三種，考慮電路開關頻率較高（80kHz），所以LCD緩沖不可取；而采用有源箝位，箝位開關管要取很大電流定額，且變壓器初級有很大環流不利于提高效率，故有源箝位也不可用；RCD緩沖具有無源、電路簡潔的特點，如果參數調試合理不會對效率造成太大影響，故被實驗樣機采用。

圖1 RCD緩沖單管反激式變換器電路拓撲

2.2 控制方案

反激變換器具有電流源性質，開環不能開路，否則輸出電壓極高。作為靜止變流器的直流環節使用，當后級逆變橋的四個功率管均關斷時，對前級的反激變換器輸出端就相當于開路，因而必須采用電壓閉環控制；同時為提高電源的性能，采用電流型控制技術，這種電流電壓雙閉環控制使系統具有瞬態響應快、穩定性高、內在限流能力等優點。

2.3 電路組成

研制的1kW樣機電路，如圖2所示。整個電路的核心為UNITRODE公司的電流型PWM芯片UC3843N，該芯片原用于設計200W以下的小功率開關電源，這里將其變通使用。Q₁、Q₂構成圖騰柱以增大驅動能力，Q₃作射極跟隨器取出UC3843的鋸齒波，CT1取樣主開關管的電流信號，R₇、R₈將電流信號與鋸齒波相疊加作斜坡補償，以消除電流控制型調節器在占空比大于50％時固有的次諧波振蕩，R₇、R₈的比值可以決定斜坡補償的深度。R₁₃、D₆構成基準電壓源，Q₅為誤差放大管，光電耦合器U₃將誤差電壓反饋給UC3843N，構成電壓閉環，同時保證電氣隔離。

圖2 原理樣機電路組成

3 關鍵電路參數設計

3.1 儲能式變壓器

設電流臨界連續時的功率為總輸出功率的1/5，則

B_m=B（1）

式中：B_m為最大磁密；

B為偏置點磁密。

則磁密變化量ΔB為

ΔB=2(B_m－B)（2）

原邊匝數N₁為

N₁= （3）

式中：U_imin為最小輸入電壓；

t_onmax為開關管最大導通時間；