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大功率AC/DC开关电源之工程设计(一):有源钳位全桥电路

在通信行业、电力行业、工业、军工、航空航天等领域,都广泛应用大功率AC/DC高频开关电源。单机功率从几百瓦至几百千瓦,智能化、n+1冗余模式、高效高功率密度、全数字化等是其显著之特点。

在论坛上看到一些大功率AC/DC电源的工程设计求助帖,如拓扑怎样选择?高频变压器如何设计?环路的调试......  鉴于此,试着从Saber仿真到工程设计实例来阐述相关拓扑的原理和特点,内容包括如下:

开关电源工程设计步骤之我见---http://bbs.dianyuan.com/topic/1054843

大功率AC/DC开关电源之工程设计(一):有源钳位全桥电路

大功率AC/DC开关电源之工程设计(二):无源钳位移相全桥电路

大功率AC/DC开关电源之工程设计(三):倍流整流移相全桥电路

大功率AC/DC开关电源之工程设计(四):VF/LLC-SRC全桥电路

大功率AC/DC开关电源之工程设计(五):CF/LLC-SRC全桥电路

...

由于个人水平和能力的限制,错误和不妥之处,敬请修改补充完善;同时,请大家共同参与探讨和交流,达到共同进步之目的。

1. 大功率AC/DC开关电源之工程设计(一):有源钳位全桥电路:

   副边有源钳位之目的主要是抑制副边整流管反向恢复所致的尖峰和振荡(其成因请参阅阮新波老师的《三电平直流变换器及其软开关技术》、《脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术》第二版 书籍和其他相关文档),同时把此能量提供给负载;(当然,在有源钳位移相全桥拓扑中,还能实现滞后臂的ZCS软开关)由于副边整流管的尖峰和振荡几乎消失,这样可以选择耐压更低的整流管,使得整机效率比普通全桥电路要高几个百分点,同等功率下体积和重量缩小,稳定性和可靠性大大提高等,总之整机的性价比得到大幅提升。

(待续)

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fugems
LV.5
2
2013-02-07 19:38

 下图是DC/DC部分的原理简图:


 


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fugems
LV.5
3
2013-02-07 19:39

下图是Ua、Ub和Uab的时序图:

 

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fugems
LV.5
4
2013-02-07 19:47
@fugems
下图是Ua、Ub和Uab的时序图:[图片] 

其中Ua和Ub为PWM控制IC输出的对称信号;

Uab为通过对Ua、Ub进行处理得到的有源钳位控制信号,脉宽宽度为500nS左右。

接下来是Saber仿真信号。(待续)

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fugems
LV.5
5
2013-02-07 19:57
@fugems
 下图是DC/DC部分的原理简图:[图片] 

下面是DC/DC部分原理简图的PDF文档:

FBC 

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fugems
LV.5
6
2013-02-08 15:32

​以3KW电力电源为例,基本参数如下:

1. 主动PFC部分

    Ui=285Vac—475Vac

    Ud=750Vdc

     fd=65KHz

     η1=97.5%
​2. DC/DC变换器部分

    Vo=198Vdc—286Vdc

     Io=0-11A

     fo=95KHz

     η2=94.5%

整机效率 η= η1* η2=92.1%

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飘飘飘
LV.6
7
2013-02-09 00:14
有没有倍流整流移相全桥电路,电路图?
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fugems
LV.5
8
2013-02-09 14:40
@飘飘飘
有没有倍流整流移相全桥电路,电路图?
请等待!后续会贴出来的。这一帖主要是讲有源钳位全桥电路。
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fugems
LV.5
9
2013-02-09 14:44
明天是蛇年的第一天--春节,要休息几天再继续。祝朋友们春节快乐!蛇年大吉!
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czxq
LV.3
10
2013-02-11 18:32
@fugems
明天是蛇年的第一天--春节,要休息几天再继续。祝朋友们春节快乐!蛇年大吉!
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btma
LV.8
11
2013-02-11 21:25
看不到图,是否能将资料整理一下?
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fugems
LV.5
12
2013-02-12 09:49
@btma
看不到图,是否能将资料整理一下?
DC/DC部分原理简图吗?在5楼啊!
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fugems
LV.5
13
2013-02-12 11:27

下图是DC/DC部分Saber仿真的原理简图:

 

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fugems
LV.5
14
2013-02-12 11:29
@fugems
下图是DC/DC部分Saber仿真的原理简图:[图片] 

图中电流环路没有画出,有兴趣的朋友请自己加上,若有疑问,可以共同讨论。

下面是DC/DC部分Saber原理简图的PDF文档:

FBC1 

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fugems
LV.5
15
2013-02-12 11:31
@fugems
下图是DC/DC部分Saber仿真的原理简图:[图片] 

仿真图中PWL设置为(0m,100;20m,100;20.015m,28;30m,28;30.015m,100

这样设置,可以一次把 动态响应 都测试出来了。

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fugems
LV.5
16
2013-02-12 11:32
 下图是Ua、Ub和Uab仿真图一(0-50mS):

 

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fugems
LV.5
17
2013-02-12 11:32
@fugems
 下图是Ua、Ub和Uab仿真图一(0-50mS):[图片] 
下图是Ua、Ub和Uab仿真图二(28.5-28.55mS):

 

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fugems
LV.5
18
2013-02-12 11:34
@fugems
 下图是Ua、Ub和Uab仿真图一(0-50mS):[图片] 

下面是Ua、Ub和Uab仿真图一和图二的PDF文档:

FBC1(1) 

FBC1(2) 

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fugems
LV.5
19
2013-02-12 11:34
下图是输出电压Vo仿真图(0-50mS):

 

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fugems
LV.5
20
2013-02-12 11:35
@fugems
下图是输出电压Vo仿真图(0-50mS):[图片] 
从图中可知,输出电压约为254.0V,即18节阀控铅酸电池(单节电池额定电压为12.0V)的均充电压。
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fugems
LV.5
21
2013-02-12 11:35
@fugems
下图是输出电压Vo仿真图(0-50mS):[图片] 

下面是输出电压Vo仿真图的PDF文档:

FBC1(3) 

(待续)
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fugems
LV.5
22
2013-02-12 11:42

​欢迎大家共同参与讨论。

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fugems
LV.5
23
2013-02-14 09:51
@fugems
下图是Ua、Ub和Uab仿真图二(28.5-28.55mS):[图片] 
从上图可知,有源钳位控制信号Uab的脉宽宽度约为310nS,符合工程应用的要求。
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fugems
LV.5
24
2013-02-14 12:08
下图是输出电压Vo、原边电流Ip和Ua1-Ub1、Ua2-Ub2仿真图(0-50mS):

 

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fugems
LV.5
25
2013-02-14 12:08
@fugems
下图是输出电压Vo、原边电流Ip和Ua1-Ub1、Ua2-Ub2仿真图(0-50mS):[图片] 
下图是输出电压Vo、原边电流Ip和Ua1-Ub1、Ua2-Ub2仿真图(28.5-28.55mS):

 

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fugems
LV.5
26
2013-02-14 12:09
@fugems
下图是输出电压Vo、原边电流Ip和Ua1-Ub1、Ua2-Ub2仿真图(28.5-28.55mS):[图片] 

从展开图中可以得知,高频变压器副边的电压波形中最高点约为342.8V,平坦区约为332.5V;两者之间仅差342.8-332.5=10V左右,可见有源钳位电路抑制副边整流管反向恢复所致的尖峰和振荡之效果很理想。

220V电力电源模块中,副边高频整流管选用耐压600V的已完全满足工程要求。在无源钳位移相全桥中是不容易做到的,一般都需要选用耐压为1000V或1200V的高频整流管(无源PFC电路)。

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fugems
LV.5
27
2013-02-14 12:10
@fugems
下图是输出电压Vo、原边电流Ip和Ua1-Ub1、Ua2-Ub2仿真图(0-50mS):[图片] 

下面是输出电压Vo、原边电流Ip和Ua1-Ub1、Ua2-Ub2仿真图一和图二的PDF文档:

FBC1(4) 

FBC1(5) 

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fugems
LV.5
28
2013-02-14 12:11
@fugems
下图是输出电压Vo、原边电流Ip和Ua1-Ub1、Ua2-Ub2仿真图(0-50mS):[图片] 
其中,Ua1-Ub1为桥臂两端的电压波形,Ua2-Ub2为高频变压器副边两端的电压波形。
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fugems
LV.5
29
2013-02-14 12:11
@fugems
下图是输出电压Vo、原边电流Ip和Ua1-Ub1、Ua2-Ub2仿真图(0-50mS):[图片] 

从上图的原边电流波形中可得:

1. 最大值为+19.0A和-18.8A;

2. 轻载时(2.5A负载电流)为+2.0A和-2.3;

3. 重载时(9.0A负载电流)为+7.4A和7.5A。

由此可知,软启动阶段桥臂功率MOS和副边高频整流管的电流应力远远大于重载或满载。在工程中给我们以何启示呢?


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fugems
LV.5
30
2013-02-14 12:12
下图是输出电压Vo、原边电流Ip和Vo1、Co1仿真图(28.5-28.55mS):

 

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fugems
LV.5
31
2013-02-14 12:12
@fugems
下图是输出电压Vo、原边电流Ip和Vo1、Co1仿真图(28.5-28.55mS):[图片] 

下面是输出电压Vo、原边电流Ip和Vo1、Co1仿真图的PDF文档:

FBC1(8) 

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