基于軟開關雙向DC/DC變換模塊設計方案

新型軟開關雙向DC／DC變換器結構框圖如圖1所示，該變換器結構的前級是270V直流母線，本變換器由升壓輸出濾波電路、PS-FB-ZVS-PWM變換器、降壓輸出濾波環節、UC3875控制電路、驅動電路、反饋檢測電路、輔助電源電路、保護電路、蓄電池充電控制電路、監控電路等部分組成。

圖1 PS-FB-ZYX-PWM雙向DC／DC變換器結構圖

（1）升壓電路。

　　升壓電路主電路采用推挽電路設計，其電路如圖2所示。

　　圖2 升壓電路主電路

　　推挽式變換器電路由兩個正激式變換器電路組成，它們工作時相位相反。在每個周期里，兩個晶體管交替導通和截止，在各自導通的半個周期內，分別把能量傳遞給負載，所以稱之為推挽電路。

　　推挽變換器由推挽逆變器和輸出整流、濾波電路構成，由于該種變換器提高了工作頻率，故變壓器和輸出濾波器的體積均可減小。

　　輸出整流電路有兩種基本類型：

　　全波整流電路應用于輸出電壓較低的場合，這樣可以減少整流電路中的通態損耗：

　　橋式整流電路應用于輸出電壓較高的場合，這樣可以降低整流管的電壓定額，本系統采用橋式整流電路。

　　推挽變換器適用于低壓、大電流的場合，主電路簡單，而且輸入利輸出隔離，驅動電路也較簡單，在很多系統中得到了廣泛的應用。

　　推挽電路中主要的元件包括：高頻變壓器、IGBT、整流二極管和輸出濾波電容。

　　①高頻變壓器的設計。

　　變壓器是開關電源中很重要的組成部分，它的好壞直接影響著輸出電源的性能。變壓器的設計包括變壓器的結構、磁芯的型號、繞組的匝數等。

　　在單端反激式變換器電路和單端正激式變換器電路中，都只利用了磁滯回線的一半，因而導致了變壓器的體積增大、結構松散，并且還要留出空氣間隙。假定在推挽式變換器電路中，兩只功率管導通的時間相同，這樣，高頻變壓器的＄ˉH磁滯回線的全部都可以得到利用。因此，磁芯的體積將減少到單端變換器電路的一半，并且不需要留空氣間隙。

　　變壓器的體積V可由下式決定：

　　②磁芯材料的確定。

　　變壓器工作在高頻狀態，對磁芯的要求是：飽和磁感應強度高，損耗小，導磁率在適用頻率范圍內不減小，居里點高，飽和磁感應強度隨溫度的升高而下降不大。所以選擇鐵氧體磁芯，牌號R2KB。它的磁飽和感應強度0.5T（250C），通常取變壓器的最大磁感應強度為0.21T，以防止電壓、電流等工作參數變化時造成磁芯飽和。因此，選擇EE型磁芯。

　　③磁芯型號的確定。

　　本裝置中變壓器工作頻率為30kHz，輸出功率為Po＝7.5KW，設變壓器效率為80，則輸入功率為Pin=9.375KW，考慮到一定的裕量，選用了EE85B。

　　④功率管最大占空比確定。

　　推挽式電路的輸入輸出電壓關系如下：

　　根據上式可知，輸出電壓與輸入電壓、占空比和變壓器的匝數比有關，如果占空比過大，則有可能使兩個開關管同時導通，這會對電路造成毀滅性的破壞。如果占空比過小，則增加了變壓器線圈的匝數。選取適當的占空比是很有必要的，最低輸入電壓VinMin＝86.4V時，功率管占空比最大。