并联型高频开关直流电源的系统设计

流环的闭环传递函数Tic(s)，并将其作为电压环的一个环节，(如图4)所示，然后设计电压环的调节器。这种控制方式的最大的优点是很好地解决了电路的限流问题，使电路具有最快的限流响应速度。而且可以通过调节电阻R3，减小D1管压降的变化量，以提高这种控制方式的稳流精度。

H为输出电压采样系数，

Ki为电感电流采样系数;

FM为脉宽调制器的传递函数，FM=1/Upp，(Upp为三角波峰峰值);

图3 双环控制模式下的电路方框图

图4 电压外环等效方框图

GV(s)为电压环PI调节器的传递函数：

(1-1)

Gi(s)为电流环PI调节器的传递函数：

(1-2)

Gdi(s)为主电路的占空比对电感电流的开环传递函数

(1-3)

忽略输出滤波电感电容的等效电阻的影响

(1-4)

式中：

Udc输入直流母线电压;

n为副边与原边的匝比

L为输出滤波电感值;

RL为滤波电感的电阻;

C为输出滤波电容;

RC为滤波电容的串联等效电阻;

R为负载电阻。

Z(s)为负载和输出电容支路的并联阻抗：

(1-5)

由图3可得，电流环(内环)的闭环传递函数为：

(1-6)

然后由等效方框图图4可得，补偿前电压环的开环传递函数为：

(1-7)

3 控制电路设计

采用集成芯片UC3525外加运放构成平均电流模式控制电路并用单片UC3525外加逻辑电路的方式形成有限双极性控制的4路控制信号(如图5)。

1) 外环控制。电压给定信号与输出电压反馈信号经运放U1补偿比较得Ue，接到UC3525的内部误差放大器正相输入端2脚作为反馈电流的控制信号Uip。当输出电流超过给定限流值时，D11导通，Uip被嵌在给定限流值上。

2) 内环控制。采样电阻检测输出电流并通过电流检测放大器得电流反馈信号。接到UC3525的内部误差放大器反相输入端的1脚，与Uip进行比较。UC3525的9脚为反馈补偿端。

3) 有限双极性控制。UC3525的4脚为同步信号输出，该信号作为D触发器U3的时钟信号，U3的Q端(1脚)和

端(2脚)既可得到占空比为50%相位相差180的两组脉冲，Q11、Q12用于控制死区时间。

图5 单片UC3525构成有限双极性控制原理图

4 驱动电路设计

在IGBT的使用过程中，驱动电路选择的合理性和设计是否正确是影响其推广使用的问题之一。IGBT的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dv/dt电流等参数均与门极驱动条件密切相关。

IGBT的驱动电路原理图如图6所示。

图中Q1为由控制电路产生的驱动信号输入，fault为本驱动电路在检测到过流等故障时发出的故障检测信号。C1、G1、E1分别接IGBT的源栅漏级。驱动电路的供电，采用单电源加稳压管的方式。

对于M57962AL驱动电路，在以下两种情况容易导致驱动电路失去负偏压：一是产生负偏压的稳压二极管D2被击穿短路;二是驱动电路在单电源供电时，因失去电源供电电压的时候。此时若按传统的M57962AL单电源供电的典型接法(如图7)，并没有保护信号给出，易造成IGBT的损坏

图6 IGBT的驱动电路原理图

针对上述所说的情况，对M57962AL的外围电路进行了一些改进(如图7)所示。在正常情况下，D4导通，M57962AL的8脚为高电平，D1截止，VT导通，光耦输出呈低阻态，故障信号为低电平，表现为无故障。过流保护时，D4截止，M57962AL的8脚为低电平，D1导通，VT截止，光耦输出呈高阻态，故障信号为高电平，表现为有故障发生。如果稳压二极管D2击穿短路，则D4截止，VT截止，光耦输出呈高阻态，同样给出故障信号。如果驱动电路失去+24V电压，则光耦无电流流过，仍然表现为故障保护。这样就避免了IGBT因为失去负偏压或者失去供电而导致损坏。

图7 M57962AL的典型接法

5 结束语

针对高频开关电力操作电源的技术要求，对开关电源的控制电路、驱动电路、缓冲电路及主要磁元件进行了设计、优化。随着电力电子技术的不断发展，也必将推动高频开关电源朝着更大规模的方向发展。

参考文献

1 张胜辉, 郭海军等.并联均流高频开关电源的研究.国外电子元器件.2004,(11):20~22

2 胡友水, 李汉强. 高频开关电源的并联均流系统. 电源技术应用. 2004，7(1): 32~34

3 杜少武, 金波等.带自动均流的DC/DC变换器并联模块的研究.合肥工业大学学报.2004,(8)：936~940

4 Fuxin Liu, and Xinbo Ruan, “ZVS Combined DC-DC Converter - A Topology Suitable for High Input Voltage and Wide Input Voltage Range Applications,” IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 54, No. 2, 2007, pp.1061-1072

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