HT-220/10高频开关电源的研制

摘要：使用无损吸收电路，能够提高硬开关PFC的工作频率，并降低开关损耗。应用全桥移相软开关技术，实现了DC/DC变换器的大功率输出。通过应用这两种技术，研制HF220/10型高频开关电源。
关键词：无损吸收PFC变换器ZVSFB

1前言

目前，在我国的变电站、发电站等使用直流电的场合，普遍都是采用相控电源。体积大、效率低、性能指标差等是这种电源的缺点。随着高频开关变换技术的发展，这种缺点变得日益突出了。特别是近年来，器件和电能变换技术的发展，促使高频开关电源走向小型化、重量更轻、效率更高。西安华腾光电有限责任公司正是顺应这一历史潮流开发出了HT220/10型高频开关电源。

HT220/10型高频开关电源是专为分合闸继电器动力母线设计的直流电源。该型号系单相AC220V（±15％)输入，DC286V/10A输出的高性能稳压电源。其输入采用无损吸收、PFC校正电路，直流变换部分采用最新的全桥移相软开关技术（ZVSFB)。这两项技术的应用，使本机具有较高的效率，功率因数≥0.99，THD≤5％，效率≥92％。

图1PFC主电路原理图

2无损吸收PFC电路

如图1所示的无损吸收PFC主电路的原理图。图中B1为整流桥，L1为PFC升压电感，D1为隔直二极管，S1为开关管，C1，C2，D2，D3和D4，L2组成无损吸收网路，C3为输出滤波电容。具体分析过程如下：当S1断开前，C2中的能量通过D5及L2转移到了C1中，C2的电压降至0。C1的极性如图1所示。当S1断开时，C2上开始为零电压，L1中的电流通过D3给C2充电，直到D1导通为止。并且C2的电位通过D4、D5箝位到输出电压。同时C1通过D2向负载放电，能抑制S1漏极上电压的上升时间，从而充分地保证S1关断在零电压状态下。当S1合上时，C1的左端通过S1接地，电容C2上的电荷通过D5、L2转移到C1中。当开关再次关断的时候，重复上述过程。

3DC/DC变换器电路

HT220/10型电源的直流变换部分采用ZVSZCSFB技术，其具体的主电路如图2所示，图中S1～S4为开关管，带反并联二极管，C1为隔直电容，Lr为谐振电感，L为输出滤波电感，C0为输出滤波电容，R为负载，其中S1、S2为超前桥臂，S3、S4为滞后桥臂。其基本工作电压波形如图3所示。图中Ip＊为传统的ZVSFB变换器的原边电流波形，Ip为ZVSZCSFB变换器的原边电流波形，图3中的ICS1为ZCS电路中电容的充放电波形。

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图2DC/DC主电路原理图

图3ZVSZCSFB变换器波形图

4监控单元本机监控的实现比较简单，显示单元部分使用3位LED和LED光柱，电压显示用LED数字显示，电流显示用20位的LED光柱。当满载输出时，20位LED全部点亮，D/A采样选用TI公司的TIL561710位D/A转换器，中央控制器单元采用89C52单片机对各单元进行协调控制。其数字电路部分如图4所示。

图4数字电路图

5整机接口

本机的对外接口分为交流输入接口，直流输出接口和控制接口，而且所有的接口为直接插拔方式。控制接口包括RS485总线，模拟电压外控，电流外控和报警接口。交流输入有软起动电路防止电网浪涌电压，直流输出隔直二极管，防止电流倒灌。控制接口也包括防短路保护电路，以避免在插拔过程中产生瞬态电压烧坏器件。

6结语

从以上可知，HT220/10型单机输入高频开关电源的基本特点如下

（1）输入采用无损吸收的有源PFC，不但使本机

变换具有较高的效率，而且使输入功率因数可达到099；

（2）DC/DC变换部分采用ZVSZCSFB结构，提

高了整机效率，降低了开关损耗；

（3）本机配置了简单的CPU控制单元使模拟控

制和数字控制相结合，有利于用户的方便使用；

（4）输入、输出和控制的插拔接口，方便了用户更

换电源模块。

总之，HT220/10型电源的小型化，高效以及方便可靠是本电源的几大特点。10A模块体积仅为370mm×110mm×200mm。