1、開關(guān)電源是有電路來控制開關(guān)管而進(jìn)行高速的道通和截止。是將直流電轉(zhuǎn)化成高頻交流電來給變換器進(jìn)行變壓，使其產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓！轉(zhuǎn)化為高頻交流電的道理是高頻交流在變壓器電路中的效率要比市電50Hz或60Hz高。因此開關(guān)電源變壓器可以做到體積很小，在開關(guān)電源工作的時候不會很熱，產(chǎn)品價格比工頻直流穩(wěn)壓電源低.如果不將50Hz或60Hz變?yōu)楦哳l電，那么開關(guān)電源就沒有任何意義。開關(guān)電源大體可以分為隔離和不隔離這兩種，是隔離型的一定有開關(guān)電源變換器，而不隔離的未必一定有開關(guān)電源變換器。開關(guān)電源與傳統(tǒng) 直流電源相比具有體積小、重量輕、和效率高等優(yōu)點什么是高頻開關(guān)充電電源？高頻開關(guān)充電電源的設(shè)計LYLD.

2、COM2010-07-31什么是高頻開關(guān)充電電源高頻開關(guān)技術(shù)是采用高頻功率半導(dǎo)體器件和脈寬調(diào)制(PWM )技術(shù)的新型功率變換技術(shù)。開關(guān)電源的逆變單元工作在高頻開關(guān)狀態(tài)。由于工作頻率高，電路中濾波電感及電容的體積可大大縮小；同時，高頻變壓器取代了工頻變壓器，則變壓器的體積減小、重量降低；另外，由于開關(guān)管高頻工作，功率損耗小，因而開關(guān)電源效率高。開關(guān)管一般采用PWM控制方式，穩(wěn)壓穩(wěn)流特性較佳。將高頻開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于充電電源，不但有利于充電電源的小型化和高效化，而且易于產(chǎn)生極性相反的高頻脈沖電流，從而實現(xiàn)蓄電池脈沖快速充電。本文運用高頻開關(guān)技術(shù)，設(shè)計了針對變電站直流系統(tǒng)的新型高頻開關(guān)充電電源。高頻開關(guān)

3、充電電源主電路設(shè)計高頻開關(guān)充電電源的主電路主要由輸入整流、輸入濾波、高頻逆變、輸出整流、輸出濾波等環(huán)節(jié)構(gòu)成。按照高頻交流信號與輸出直流信號間的耦合方式不同，可將主電路中的直流變換器( DC/DC )分為隔離型和非隔離型兩大類。其中非隔離型 DC/DC變換器又分為降壓式(Buck)、升壓式(Boost)、升降壓式(Buck boost Cuk)等幾種電路結(jié)構(gòu)，隔離型 DC/DC變換器又可分為單端正激式 (Forward)單端反激式(Flyback)、推挽式(Pushpu|l)、半橋式(HalfBridge)、全橋式(Bridge)等電路形式。.主電路選取原則首先設(shè)定充電設(shè)備的運行方式為設(shè)備與蓄電

4、池組并聯(lián)連接于直流母線上，正常運行時，充電設(shè)備承擔(dān)經(jīng)常性負(fù)荷，同時向蓄電池浮充電以補(bǔ)充其自放電的損失。根據(jù)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合蓄電池的使用性能及其充放電特性，并考慮到直流系統(tǒng)運行電壓的要求，確立了以下高頻開關(guān)充電電源主電路的選取原則:1）充電電源額定輸出電壓應(yīng)為蓄電池組標(biāo)稱電壓的1.5倍以上，額定輸出電流應(yīng)大于蓄電池組的額定充放電容量，同時還要滿足直流系 TOC o 1-5 h z 統(tǒng)正常運行時控制母線和合閘母線所需功率容量；2）輸出電流、電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并具有較好的穩(wěn)流、穩(wěn)壓特性；3）使用高頻變壓器以隔離電網(wǎng)；4）變壓器線圈和磁芯利用率高、效率高 ；5）輸入、輸出電流連續(xù)，以減

5、輕輸入、輸出濾波任務(wù)，縮小裝置體積和降低對電網(wǎng)的損害；6）具有較強(qiáng)的抗不平衡能力。.主電路選型依據(jù)上述選取原則，經(jīng)過對各類型開關(guān)電源主電H的分析比較，作者選取由雙端半橋式DC/DC變換器構(gòu)成的功率變換電路作為高頻開關(guān)充電電源的主電路形式，如圖1所示。（a）充電電路（b）放電電路圖1半橋式高頻開關(guān)充電電源主電路此電路中，EMI濾波器主要用于抑制交流電網(wǎng)與直流變換電路之間的高頻噪聲干擾。D1D6構(gòu)成三相橋式不可控整流電路，將 380V交流電轉(zhuǎn)換為直流電，C0作濾波用，C1、C2、S1、S2、D01、D02構(gòu)成半橋式DC/AC變換器，將直流電壓逆變?yōu)楦哳l交流方波電壓，并經(jīng)高頻變壓器 T送出。D7、D

6、8、L、C3構(gòu)成變壓器次級整流濾波環(huán)節(jié)。GB為蓄電池，S3為控制蓄電池放電的開關(guān)管，R為放電電阻。充電電壓 V0與開關(guān)管S1、S2工作的占空比及變壓器次初級線圈匝數(shù)比成正比，因此，通過改變開關(guān)管的占空比就可調(diào)節(jié)輸出電壓。充電時，S1、S2交替導(dǎo)通相等時段，以便產(chǎn)生等寬方波脈沖。放電時，關(guān)斷 S1、S2 ,觸發(fā)S3導(dǎo)通，則蓄電池可通過電阻 R放電， 放電時間由S3導(dǎo)通時間決定。半橋式高頻開關(guān)充電電源主電路的主要特點：1）輸出功率可達(dá)幾kW,可滿足蓄電池充電的要求。2）只有兩只開關(guān)管進(jìn)行功率變換，簡化了驅(qū)動電路設(shè)計（相對全橋式電路而言）。3）高頻變壓器原邊繞組在方波脈沖的正負(fù)半周都工作，故繞組利用

7、率高。4）開關(guān)管截止期間承受電壓低，僅為輸入直流電壓值。5）抗不平衡能力強(qiáng)。當(dāng)開關(guān)管特性不一致或?qū)〞r間不一致時，不會引起單向偏磁”現(xiàn)象，這是推挽式和橋式變換器都不具備的一個突出優(yōu)點。高頻開關(guān)充電電源控制系統(tǒng)設(shè)計.直流系統(tǒng)供電及蓄電池充電對控制系統(tǒng)的要求1）在電網(wǎng)正常運行時，高頻開關(guān)充電電源向直流系統(tǒng)供電并給蓄電池浮充電，此時要求輸出電壓有良好的穩(wěn)壓特性。2）當(dāng)蓄電池容量欠虧時，需進(jìn)行補(bǔ)充充電，為提高充電速度，需采取恒流充電方式，此時則要求電源有良好的穩(wěn)流特性。3）能在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)對電流、電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)4）各種充電方式能自動轉(zhuǎn)換。5）蓄電池充滿時能自動停充。6）能對電流、電壓、溫度等各種參數(shù)

8、進(jìn)行檢測以及作出判斷，并采取相應(yīng)保護(hù)措施。7）具有四遙功能，即要求在遠(yuǎn)方設(shè)定參考值、測量充電電流和充電電壓，并且對系統(tǒng)運行方式進(jìn)行遠(yuǎn)方控制，還能實現(xiàn)對工作狀態(tài)和故 障信號等的遠(yuǎn)方采集。.控制系統(tǒng)組成PWM信號生成電路和驅(qū)動電路等組成。如圖2所示，高頻開關(guān)充電電源的控制系統(tǒng)主要由取樣電路、信號變換電路、檢測保護(hù)電路、 取樣電路從主電路的輸出采集電流、電壓等信號，采樣信號與給定值進(jìn)行比較后得到的差值信號經(jīng)過誤差放大器進(jìn)行放大，以便調(diào)整PWM信號生成電路的輸出信號脈寬。檢測保護(hù)電路通過檢測蓄電池的溫度、端電壓變化、出氣率以及輸入、輸出電路的過壓、過流等情況，使PWM生成電路改變輸出脈寬或終止脈沖輸出

9、。驅(qū)動電路用于對PWM信號生成電路的輸出 PWM信號進(jìn)行功率放大，以滿足高頻開關(guān)管門（柵）極驅(qū)動要求，同時實現(xiàn)控制電路與主電路的隔離。gAC受畏需輸出蠟流流波刈“廠I軀動也將I丸圖小?。?報 控制電然圖2高頻開關(guān)充電電源控制系統(tǒng)框圖.逆變控制電路逆變控制電路包括 PWM脈沖形成電路及IGBT驅(qū)動電路。為了實現(xiàn)對直流系統(tǒng)的遙信、遙測、遙控和遙調(diào)，并且滿足高頻開關(guān)充電電源高頻變換控制的要求，本方案采用INTEL公司生產(chǎn)的87C196KC 型單片機(jī)作為主控芯片。87C196KC 軟硬件資源豐富，內(nèi)含 8路PID調(diào)節(jié)，而A/D轉(zhuǎn)換輸入通道和3路PWM信號輸出口，速度快、效率高、功能齊全。它不僅能完全取

10、代模擬控制器，方便地實現(xiàn)且可以通過改變軟件實現(xiàn)諸如自適應(yīng)控制、智能控制等各種新型控制策略。此外，還可利用其通信接口與其他微機(jī)進(jìn)行通信，便于實現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控。采用87C196KC 型單片機(jī)，有兩種方法可以實現(xiàn)PWM控制信號的輸出：其一是通過 PWM信號輸出口。此時，信號的最高開關(guān)頻率為31.25kHz （16M晶振），這樣開關(guān)電源實際能達(dá)到的開關(guān)頻率為15.625kHz 。然而，高頻開關(guān)充電電源的開關(guān)頻率在20kHz以上，所以這種方法雖然軟件開銷小，卻不能滿足高頻開關(guān)電源對開關(guān)頻率的要求。另一種方法是采用高速輸出口HSO實現(xiàn)。HSO輸出的PWM信號頻率可調(diào)，但控制精度較低，而且軟件開銷很大。由上可知

11、，87C196KC 輸出的PWM信號都不適宜直接作為高頻開關(guān)充電電源的逆變控制信號，因此，本方案采用專用的集成 PWM控制器SG3525產(chǎn)生PWM脈沖。其實現(xiàn)原理如圖 3所示。CA30J高川抗i8 3圖3逆變控制信號的形成原理在圖3中，87C196KC 的PWM0 口作為模擬輸出接口（ D/A轉(zhuǎn)換）。經(jīng)CPU運算后得到的占空比控制信號由 PWM0 口輸出，并被轉(zhuǎn) 換電路變換為直流電壓信號,然后再被加到集成 PWM控制器（SG3525 ）的輸入端口上。集成控制器產(chǎn)生兩路相位相反的 PWM信號, 信號經(jīng)驅(qū)動電路隔離放大后便可控制高頻開關(guān)管（ IGBT ）的通斷。SG3525帶有軟啟動電路、基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、PWM比較器、欠壓鎖定電路、輸出限流和關(guān)斷電路、輸出驅(qū)動電路等，驅(qū)動能力達(dá)到100mA o在本文的控制方案中，誤差放大器接為電壓跟隨器方式，閉環(huán)控制功能由單片機(jī)完成。驅(qū)動電H采用EXB841集成芯片4。它采