錢忠源

【摘 要】作為電力操作電源中的核心設(shè)備，智能高頻開關(guān)主要負(fù)責(zé)將交流或直流供電按照實際需求轉(zhuǎn)化成直流電。一直以來，智能高頻開關(guān)電源的設(shè)計均是智能設(shè)計的重要內(nèi)容，而隨著電源開關(guān)設(shè)計技術(shù)的不斷發(fā)展，三相PFC技術(shù)逐漸應(yīng)用到了智能高頻電源開關(guān)的設(shè)計中?；诖耍撐奶岢隽艘环N基于三相PFC技術(shù)的智能高頻開關(guān)電源的設(shè)計方法，以此來提高智能高頻電源開關(guān)的管理水平與使用水平。

【Abstract】As the core equipment of power operation power supply， the intelligent high frequency switch is mainly responsible for AC or DC power supply， which is converted into DC power according to the actual demand. For a long time， the design of intelligent high frequency switching power supply is an important part of intelligent design. And with the continuous development of power switch design technology， three-phase PFC technology is gradually applied to the design of intelligent high frequency power switch. Based on this， this paper puts forward a design method of intelligent high frequency switching power supply based on three phase PFC technology， so as to improve the management level and use level of intelligent high frequency switching power supply.

【關(guān)鍵詞】三相PFC技術(shù);智能高頻開關(guān)電源;VIENA拓?fù)?/p>

【Keywords】three-phase PFC technology; intelligent high-frequency switching power supply; VIENA topology

【中圖分類號】TN86? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2018）10-0125-02

1 引言

隨著現(xiàn)代化社會的不斷發(fā)展，智能產(chǎn)品的應(yīng)用逐漸成為常態(tài)。電力行業(yè)作為關(guān)系著國計民生的重要行業(yè)，其智能化建設(shè)進(jìn)程，直接影響著人們的生活水平以及整個社會的經(jīng)濟發(fā)展。近年來，三相PFC技術(shù)在智能高頻開關(guān)電源設(shè)計中的應(yīng)用越來越頻繁，極大地提高了電源開關(guān)的應(yīng)用水平與控制效果?；诖?，本文對一種基于三相PFC技術(shù)的智能高頻開關(guān)電源設(shè)計方法進(jìn)行研究，具有重要的實踐意義。

2 智能高頻開關(guān)電源的設(shè)計原理及三相PFC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 智能高頻開關(guān)電源的設(shè)計原理

智能高頻電源的主要作用，是將三相交流電轉(zhuǎn)化為220V直流電[1]。因此，為了確保高頻電源的應(yīng)用效果，在本文設(shè)計中對其進(jìn)行了專門整合，首先將高頻電源的功率設(shè)置成380V，之后利用三相轉(zhuǎn)化法對功率因數(shù)進(jìn)行校正，也就是將電壓轉(zhuǎn)換成220V的直流電，之后再利用D/C變換對電路輸出進(jìn)行有效控制。經(jīng)過這種轉(zhuǎn)化后，在實際應(yīng)用中，三相PFC技術(shù)不僅可以矯正整個電源功率，而且還可以對電路輸出進(jìn)行控制。所以，基于三相PFC技術(shù)設(shè)計智能高頻開關(guān)電源具有一定可行性，可以提高智能高頻電源開關(guān)的使用性能。

2.2 三相PFC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

應(yīng)用三相PFC技術(shù)設(shè)計智能高頻開關(guān)電源的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，電源控制更加簡單;第二，對開關(guān)的損耗較小，可以延長開關(guān)的應(yīng)用壽命;第三，由于三相PFC技術(shù)采用的為電壓分阻形式，因而其在電路的操作上也更加簡單;第四，在功能的應(yīng)用與處理上也相對簡便，數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性以及穩(wěn)定性均更高[2]。

3 三相PFC技術(shù)的仿真設(shè)計以及應(yīng)用

3.1 三相PFC設(shè)計原理

應(yīng)用三相PFC技術(shù)進(jìn)行智能高頻開關(guān)電源的設(shè)計時，必須要設(shè)計專門的電路拓?fù)?，以確保其應(yīng)用效果。在本文設(shè)計中，采用VIENNA電路拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計，此種電路拓?fù)洳粌H控制簡單，三相之間能夠互相解耦運行，同時，IGBT管之上的耐壓，是全橋IGBT管的50%，因而開關(guān)損耗也相對較小。

在本文研究中，為了確保電路設(shè)計的簡單性，以及功能應(yīng)用的方便性，選擇電阻分壓的方式進(jìn)行設(shè)計，這種方式也在一定程度上為采樣的準(zhǔn)確性提供了重要保障。首先，通過隔離運放傳輸數(shù)據(jù)，而UN是虛擬出來的中點，通過三片隔離運放。電流回路則采取電阻采樣的方式，且三路電流的采樣均采用隔離運放的方式，利用上橋壁上的三個IGBT驅(qū)動電壓降低后來為每路進(jìn)行供電，同樣，下橋臂上的驅(qū)動電壓進(jìn)行降壓之后，便可以為母線電壓的采樣隔離運放進(jìn)行供電。

3.2 三相PFC的仿真設(shè)計

對智能高頻電源開關(guān)進(jìn)行三相仿真設(shè)計，是確?？梢詫﹄娫磳嵭锌傮w性整合的關(guān)鍵。所以，在本文研究中，需要首先對電源展開三相仿真設(shè)計，具體從三相電源電壓、VIENA整流拓?fù)渑c負(fù)載電流控制電路等方面展開分析。三相PFC仿真控制電路設(shè)計圖。

3.3 電源損耗率控制分析

眾所周知，開關(guān)的損耗會因為開關(guān)頻率的增加而增加。首先，假設(shè)電源開關(guān)控制損耗率是25%，且MOS管可以承受的最大電壓是350V，開關(guān)閉合瞬間的電流設(shè)為輸出電流，那么電源控制的各個過程中電源損耗的計算公式如下所示：

①開關(guān)斷開過程損耗的計算公式，如公式（1）至公式（3）所示：

根據(jù)以上分析可知，電源開關(guān)的整個過程中，電源的損耗率是8.88W。

4 電源D/C變換設(shè)計

4.1電路設(shè)計

在本文設(shè)計中，為了確保所設(shè)計電源可滿足基本電源的應(yīng)用要求，對該電路展開了D/C變換設(shè)計，D/C變換電路的設(shè)計圖經(jīng)過變換之后，電路的損耗率會降低，且整個電路的輸出符合電源開關(guān)管理的實際需求。在實際設(shè)計中，安裝了反光二極管，以此來實現(xiàn)對整個開關(guān)的控制。同時，安裝了繼電器對電路進(jìn)行保護(hù)，并提高了電源的轉(zhuǎn)換率。

4.2 IGBT驅(qū)動回路設(shè)計

因本文在設(shè)計時，采用的是全橋形式，這種情況下若再采取脈寬調(diào)制策略，那么IGBT管的下管驅(qū)動便會高出一半的占空比，而上管則會不足一半占空比。鑒于此，IGBT管的上管與下管的驅(qū)動應(yīng)采用不同的驅(qū)動方式，上管應(yīng)采取成熟的驅(qū)動電路，而下管驅(qū)動則應(yīng)首先利用ADUM2210進(jìn)行數(shù)字隔離，之后再利用UCC27524D進(jìn)行直接驅(qū)動，最后利用串聯(lián)電容以及TVS管的并聯(lián)電路，產(chǎn)生較小的負(fù)偏電壓。

5 基于三相PFC技術(shù)的智能高頻開關(guān)電源設(shè)計的驗證

為了確保本文設(shè)計的智能電源能夠滿足實際應(yīng)用，在本文研究中，需要利用后續(xù)的規(guī)劃分析對所設(shè)計的智能開關(guān)電源進(jìn)行驗證，以確保其可以滿足實際應(yīng)用需求，真正發(fā)揮出應(yīng)具備的管理作用。本文設(shè)計中應(yīng)用的雙環(huán)控制策略，可以確保輸入電流準(zhǔn)確地跟蹤輸入電壓，同時電流波形的正弦度也比較高。為了驗證本文設(shè)計電源開關(guān)的動態(tài)調(diào)節(jié)性能，本文進(jìn)行了突然加載與突然減載的仿真分析，進(jìn)行突然加載的仿真分析時發(fā)現(xiàn)當(dāng)負(fù)載從500W突然加大到6kW時，并未對輸出電壓造成較大波動，且調(diào)節(jié)時間也比較短，進(jìn)網(wǎng)電流的波動也比較小。在突然減載時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)負(fù)載從6kW突然降低到500W時，輸出電壓以及進(jìn)網(wǎng)電流的波動均比較小，且調(diào)節(jié)時間也比較短。由此可知，本文設(shè)計的智能高頻電源開關(guān)具有良好的動態(tài)調(diào)節(jié)性能，突然加載或者突然減載均不會對輸出電壓、進(jìn)網(wǎng)電流產(chǎn)生較大影響，穩(wěn)定性較高。

6 結(jié)論

通過本文研究可知，基于三相PFC技術(shù)的智能高頻開關(guān)電源設(shè)計具有很好的可行性，不僅操作簡單，且輸出電壓穩(wěn)定性較高，整個電路的控制性與動態(tài)調(diào)節(jié)性能均比較好。因此，在智能高頻開關(guān)電源的設(shè)計中，應(yīng)積極應(yīng)用三相PFC技術(shù)，以此來不斷提高智能高頻開關(guān)電源的使用性能與管理水平。

【參考文獻(xiàn)】

【1】畢恩興.智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中整流模塊的功能設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（16）：189-191.

【2】張育勛.智能變電站中高頻開關(guān)電源技術(shù)應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017，13（20）：121-123.