鉅大LARGE | 點擊量:1130次 | 2020年05月19日
一種基于推挽逆變的車載開關電源電路設計方法
隨著現(xiàn)代汽車用電設備種類的增多,功率等級的新增,所要電源的型式越來越多,包括交流電源和直流電源。這些電源均要采用開關變換器將蓄電池供應的+12VDC或+24VDC的直流電壓經過DC-DC變換器提升為+220VDC或+240VDC,后級再經過DC-AC變換器轉換為工頻交流電源或變頻調壓電源。關于前級DC-DC變換器,又包括高頻DC-AC逆變部分、高頻變壓器和AC-DC整流部分,不同的組合適應不同的輸出功率等級,變換性能也有所不同。推挽逆變電路以其結構簡單、變壓器磁芯利用率高等優(yōu)點得到了廣泛應用,尤其是在低壓大電流輸入的中小功率場合;同時全橋整流電路也具有電壓利用率高、支持輸出功率較高等特點,因此本文采用推挽逆變-高頻變壓器-全橋整流方法,設計了24VDC輸入-220VDC輸出、額定輸出功率600W的DC-DC變換器,并采用Ap法設計相應的推挽變壓器。
推挽逆變的工作原理
圖1給出了推挽逆變-高頻變壓-全橋整流DC-DC變換器的基本電路拓撲。通過控制兩個開關管S1和S2以相同的開關頻率交替導通,且每個開關管的占空比d均小于50%,留出一定死區(qū)時間以防止S1和S2同時導通。由前級推挽逆變將輸入直流低電壓逆變?yōu)榻涣鞲哳l低電壓,送至高頻變壓器原邊,并通過變壓器耦合,在副邊得到交流高頻高電壓,再經過由反向快速恢復二極管FRD構成的全橋整流、濾波后得到所期望的直流高電壓。由于開關管可承受的反壓最小為兩倍的輸入電壓,即2UI,而電流則是額定電流,所以,推挽電路一般用在輸入電壓較低的中小功率場合。
圖1:推挽逆變-高頻變壓器-全橋整流電路圖
采用面積乘積(Ap)法進行設計。關于推挽逆變工作開關電源,原邊供電電壓UI=24V,副邊為全橋整流電路,期望輸出電壓UO=220V,輸出電流IO=3A,開關頻率fs=25kHz,初定變壓器效率η=0.9,工作磁通密度Bw=0.3T。
(1)計算總視在功率pT.設反向快速恢復二極管FRD的壓降:VDF=0.6*2=1.2V
圖2:推挽逆變能量回饋等效電路
2、各點波形分析
當某一pWN信號的下降沿來臨時,其控制的開關元件關斷,由于原邊能量的儲存和漏電感的原因,漏極出現(xiàn)沖擊電壓,大于2UI,因為加入了RC緩沖電路,使其最終穩(wěn)定在2UI附近。
圖5:推挽DC-DC變換器主電路圖
(2)實驗中,隨著輸入電壓的微幅增高,系統(tǒng)損耗隨之增大,重要原因是變壓器磁芯出現(xiàn)較大的渦流損耗,系統(tǒng)效率有所下降。減小渦流損耗的措施重要有:減小感應電勢,如采用鐵粉芯材料;新增鐵心的電阻率,如采用鐵氧體材料;加長渦流所經的路徑,如采用硅鋼片或非晶帶。
結論
推挽電路特別適用于低壓大電流輸入的中小功率場合,并利用Ap法設計了一種高頻推挽變壓器。實驗結果表明推挽逆變-高頻變壓-全橋整流的方法達到了預期的效果,使輸出電壓穩(wěn)定在220V并具有一定的輸出硬度,效率達到80%,為現(xiàn)代汽車電源的發(fā)展供應了一定的發(fā)展空間。
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