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(多图) 基于推挽逆变电路的24VDC-220VDC车载开关电源设计方案

黄春春?? 杨喜军?? 2012年03月20日 ?? 收藏1
随着现代汽车用电设备种类的增多,功率等级的增加,所需要电源的型式越来越多,包括交流电源和直流电源。这些电源均需要采用开关变换器将蓄电池提供的+12VDC或+24VDC的直流电压经过DC-DC变换器提升为+220VDC或+240VDC,后级再经过DC-AC变换器转换为工频交流电源或变频调压电源。对于前级DC-DC变换器,又包括高频DC-AC逆变部分、高频变压器和AC-DC整流部分,不同的组合适应不同的输出功率等级,变换性能也有所不同。推挽逆变电路以其结构简单、变压器磁芯利用率高等优点得到了广泛应用,尤其是在低压大电流输入的中小功率场合;同时全桥整流电路也具有电压利用率高、支持输出功率较高等特点,因此本文采用推挽逆变-高频变压器-全桥整流方案,设计了24VDC输入-220VDC 输出、额定输出功率600W的DC-DC变换器,并采用AP法设计相应的推挽变压器。

1、推挽逆变的工作原理

图1给出了推挽逆变-高频变压-全桥整流DC-DC变换器的基本电路拓扑。通过控制两个开关管S1和S2以相同的开关频率交替导通,且每个开关管的占空比d均小于50%,留出一定死区时间以避免S1和S2同时导通。由前级推挽逆变将输入直流低电压逆变为交流高频低电压,送至高频变压器原边,并通过变压器耦合,在副边得到交流高频高电压,再经过由反向快速恢复二极管FRD构成的全桥整流、滤波后得到所期望的直流高电压。由于开关管可承受的反压最小为两倍的输入电压,即2UI,而电流则是额定电流,所以, 推挽电路一般用在输入电压较低的中小功率场合。

图1:推挽逆变-高频变压器-全桥整流电路图
图1:推挽逆变-高频变压器-全桥整流电路图

当S1开通时,其漏源电压 uDS1只是一个开关管的导通压降,在理想情况下可假定 uDS1=0,而此时由于在绕组中会产生一个感应电压,并且根据变压器初级绕组的同名端关系,该感应电压也会叠加到关断的S2上,从而使S2在关断时承受的电压是输入电压与感应电压之和约为2UI.在实际中,变压器的漏感会产生很大的尖峰电压加在S2 两端,从而引起大的关断损耗,变换器的效率因受变压器漏感的限制,不是很高。在S1和S2 的漏极之间接上RC缓冲电路,也称为吸收电路,用来抑制尖峰电压的产生。并且为了给能量回馈提供反馈回路,在S1和S2 两端都反并联上续流二极管FWD。

2、开关变压器的设计

采用面积乘积(AP)法进行设计。对于推挽逆变工作开关电源,原边供电电压UI=24V,副边为全桥整流电路,期望输出电压UO=220V,输出电流IO=3A,开关频率fs=25kHz,初定变压器效率η=0.9,工作磁通密度Bw=0.3T.

(1)计算总视在功率PT.设反向快速恢复二极管FRD的压降:VDF=0.6*2=1.2V

AP法设计开关变压器
AP法设计开关变压器

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