用于輸入交流400Hz場合的機載高頻開關電源解決方案

可用UC2854A控制主開關SWB，其緩沖電路是不需控制的，并且具有電路簡單的特點。其原理是將二極管DB反向恢復的能量和SWB關斷時儲存在C2中的能量在SWB導通時轉移到C1中。在SWB關斷時，L1中的儲能向C2充電，并通過D1、D2、D3轉移到CB中，同時也向CB放電，用這種電路實現了零電壓關斷和零電流導通，有效地減少損耗，提高了電路的效率和可靠性。

該電路的主要特點是：

開關SWB上最大電壓為輸出電壓VL。

Boost二極管DB上最大反向電壓為VL+VE，VE值由IR、L1、C1及C2的相關值決定。

開關SWB上最大電流上升率由L1和V1決定，并且導通損耗和應力很小。

開關SWB上最大電壓率由C2決定，并且關斷功耗和應力很小。

在開關周期中，為獲得電流和電壓上升率的控制而儲存在L1和C2中的能量最終又回到輸出電源中，這樣確保電路真正的無損耗工作。

2.IGBT/MOSFET并聯組合開關技術

圖3所示為IGBT/MOSFET并聯組合開關電路及工作波形圖。與MOSFET相比，IGBT通態電壓很低，電流在關斷時很快下降到初始值的5%，但減少到零的時間較長，約1～1.5μs，在硬開關模式下會導致很大的開關損耗。在組合開關中，并聯MOSFET在IGBT關斷1.5μs后，拖尾電流已減少到接近零時才關斷。

圖3 IGBT/MOSFET并聯組合開關電路及工作波形圖

這種技術因通態損耗很低而使得DC/DC變換器的效率很高。但需工作頻率相對較低，一般選取20～40kHz。由于半橋組合開關只需兩個開關，總的開關器件的數目少，使可靠性顯著提高。
3.半橋電路平衡控制技術

通過控制和調整 IGBT/MOSFET柵驅動的延遲時間可使半橋平衡，避免變壓器偏磁飽和過流，燒毀開關管。這在脈沖較寬大時，很容易實現。但當輕載或無載時，脈寬很窄 (例如小于0.3μs)，此時的IGBT/MOSFET延遲已取消。因此在窄脈寬時，為保持其平衡，我們采用了一個低頻振蕩器。當脈寬小于0.3μs時，振蕩器起振使PWM發生器間歇工作，保持脈寬不小于0.3μs，以維持半橋平衡，使其在無載時能正常工作。

由于工作頻率較低，組合開關的開關損耗很小，通態損耗也很小。

圖4 半橋電路平衡控制電路

4.多重環路控制電路

平均電流模式控制系統采用PI調節器，需要確定比例系數和零點兩個參數。調節器比例系數KP的計算原則是保證電流調節器輸出信號的上升階段斜率比鋸齒波斜率小，這樣電流環才會穩定。零點選擇在較低的頻率范圍內，在開關頻率所對應的角頻率的1/10～1/20處，以獲得在開環截止頻率處較充足的相位裕量。

另外，在PI調節器中增加一個位于開關頻率附近的極點，用來消除開關過程中產生的噪聲對控制電路的干擾，這樣的PI調節器的結構如圖5所示。

圖5 具有濾波功能的PI調節器

控制電路的核心是電壓、電流反饋控制信號的設計。為了保證在系統穩定性的前提下提高反應速度，設計了以電壓環為主的多重環路控制技術。電流環響應負載電流變化，并且有限流功能。設計電路增加了對輸出電感電流采樣后的差分放大，隔直后加入到反饋環中參與控制，調節器增益可通過后級帶電位器的放大環節進行調節。這樣電源工作在高精度恒壓狀態下，輸出動態響應，使電源在負載突變的情況下，沒有大的輸出電壓過沖。