在大型發(fā)電廠中，由于需要的直流負荷比較大，蓄電池的容量通常都在2000Ah以上。若采用常規(guī)的10A或20A的開關(guān)，一般需要20個或10個以上的模塊并聯(lián)，并聯(lián)數(shù)過多，對模塊之間的均流會帶來一定的影響，而且可靠性并不隨著模塊并聯(lián)數(shù)的增加而增加，一般并聯(lián)數(shù)最好在10個以下。目前，在電廠中大容量的直流充電電源采用相控電源的比較多，因此，很有必要開發(fā)針對電廠用戶的大容量開關(guān)整流充電電源。本文介紹的10kW全橋移相正是考慮了這種要求，它采用了加鉗位二極管的ZVS-FBPWM直流變換技術(shù)，控制電采用

　　整流模塊的主電原理框圖如圖1所示，由輸入EMI濾波器，整流濾波，ZVS全橋變換器，輸出整流濾波和輸出EMI濾波器等組成。

　　圖1中由開關(guān)管S1～S4，鉗位二極管D1及D2，諧振電感Lr，隔直電容Cb，主變壓器T1以及吸收電阻和電容等組成全橋移相ZVS變換器，其中S1及S3為超前管，S2及S4為滯后管。S1(S3)超前S4(S2)一定的角度，即移相角。S1～S4采用IGBT單管并聯(lián)組成，開關(guān)頻率為25kHz左右。

　　由于設(shè)計的全橋移相ZVSPWM整流模塊的最大輸出功率接近10kW，若采用常規(guī)的鐵氧體磁芯，由于功率比較大，磁芯不太好選擇，實際設(shè)計中磁芯采用了超微晶磁環(huán)。和鐵氧體相比，超微晶材質(zhì)具有較高的飽和磁密(可達1.2～1.6T)和較低損耗和優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性等優(yōu)點，非常適宜用作大功率開關(guān)電源的主變壓器的磁芯。

　　式中：Vomax為模塊輸出電壓最高值，取為286V;VD為整流二極管的壓降，取為3V;Vr為變壓器副邊繞組內(nèi)阻壓降和線V;Dmax為最大占空比,取為0.95。

　　在全橋移相ZVS變換器中，在超前管S1(S3)的開關(guān)過程中，由于輸出濾波電感L1與諧振電感Lr是的，而L1和諧振電感相比一般比較大，因此超前管很容易實現(xiàn)ZVS;而在滯后管S2(S4)的開關(guān)過程中，由于變壓器副邊是短的，此時依靠諧振電感Lr的能量來實現(xiàn)ZVS，因此滯后管實現(xiàn)ZVS比較困難，一般設(shè)計在1/3滿載負載以上實現(xiàn)零電壓開關(guān)。

　　式中：Cmos為開關(guān)管漏源極電容(包括外并電容)，實際中取為3300pF;Vdmax為直流母線電壓的最大值，取為

　　式中：Iomax為輸出電流最大值，取為35A;I1f為允許輸出電感電流的脈動值，取為0.2×35=7.0A。

　　圖2中ISET為電流限流設(shè)定值，VSET為電壓設(shè)定值，分別由微處理器產(chǎn)生;IO為輸出電流值，VFB為輸出電壓反饋值;SHT為故障關(guān)機信號，IPR為原邊電流采樣值。

　　UC3879采用電流型PWM控制方式，把變壓器原邊電流引入到芯片內(nèi)部，提高了模塊的瞬態(tài)響應(yīng)速度。UC3879輸出的OA，OB，OC，OD4信號再通過TLP250光耦組成了驅(qū)動電，分別驅(qū)動S1～S4 4組開關(guān)管。OA/OB，OC/OD相位互補，OA(OB)分別超前OC(OD)一定的移相角。

　　由于本全橋移相開關(guān)管采用IGBT，電流關(guān)斷時存在拖尾現(xiàn)象，開關(guān)管兩端并聯(lián)的電容比較大，導致空載損耗比較大。因此，在設(shè)計中采用了模塊輕載時降低開關(guān)頻率的方法，即在輸出電流0.5A時，使開關(guān)頻率適當降低;而當輸出電流0.5A時，使模塊開關(guān)頻率恢復正常值。降頻的實際電如圖3所示，IO為輸出電流值，IREF為設(shè)置的電流閾值。當輸出電流超過設(shè)置的電流閾值時，Q1導通，UC3879的振蕩電阻變?yōu)镽28和R17(R17見圖2)并聯(lián);而當輸出電流小于設(shè)置的電流閾值時，Q1關(guān)斷，UC3879的振蕩電阻為R17。

　　實測樣機在交流輸入440V時，不降頻的情況下，空載損耗有220W左右，而采用降頻控制技術(shù)后，空載損耗只有130W左右。

　　圖5為2A負載時滯后管S2的驅(qū)動波形(CH2)和漏源極波形(CH1)，從圖5可以看出滯后管還沒有實現(xiàn)ZVS;

　　圖6為15A負載時滯后管S2的驅(qū)動波形(CH2)和漏源極波形(CH1)，從圖6可以看到滯后管已實現(xiàn)ZVS;

　　本文介紹的全橋移相ZVSPWM整流模塊的開關(guān)管實現(xiàn)了ZVS，輸出240V、35A時效率達到93.4%;而且由于采用了輕載變頻的技術(shù)，使得空載損耗大為降低，具有廣泛的應(yīng)用前景。