基于IGBT的電壓型逆變器輔助開關電源的設計

0 引言
　　電壓型逆變電源的輔助開關電源其雙管反激式開關電源能高效地提供多路直流輸出，電路元件全部由分立式元件構成，抗干擾能力強，工作穩定可靠，因而能滿足電壓型逆變器等對電源的高可靠性要求。
　　下面以逆變電源控制回路供電的開關電源為例，介紹反激式開關電源的設計方法。該開關電源已通過檢驗并投運。
1 雙管反激式開關電源的結構和工作原理
雙管反激式開關電源的結構框圖如圖1所 2 主電路工作原理
　　原邊線圈使用場效應管的反激半橋變換器線路如圖2所示。
高頻變壓器原邊繞組通過場效應管直接與直流電源Vs相連，2個場效應管需要同時通斷。因此，通過一個相位相同但相互隔離的信號來驅動，通常采用一個小型的雙繞組輸出的變壓器。和其他反激式電路一樣，在場效應管開通時，只把能量存在磁路中；斷開時，磁路轉換成電能送至負載。2個二極管D、D的作用是把過剩的反激能量反饋回電源Vs中，并把2個場效應管都鉗制在V（忽略二極管正向管壓降）。
3 開關電源的設計
3．1技術指標
本設計是帶有6組輸出的75w反激式變換器，具體技術要求為：①輸入電Uac=220（1±15）V；②工作頻率：30kHz，工作頻率對電源的體積、重量及電路特性影響很大。若工作頻率高，則輸出濾波電感和電容體積減小，但開關損耗增高，熱量增大，散熱器體積加大；③6組輸出為：5V／4A，12V／2A、﹣12V／0．5A，3組﹣15v／o．5A、-9V／0．5A；④輸出紋波和噪音：最大值1%；⑤原副邊繞組之間采取可靠的屏蔽措施；⑥電源效率為80%；⑦工作溫度范圍：Ta=0～50℃。
3．2開關電源主回路
　　主回路開關管選用電壓驅動型CMOS管，2SK1317，與傳統的反激自激式開關電源中的晶體管相比，具有頻率大、驅動控制簡單、驅動功率小的優點。為了減小開關管的開關應力，設計了與原邊電感并聯的RC緩沖器，吸收關斷過電壓的能量。為了滿足輸出低紋波的要求，輸出采用多級電容濾波。
3．3變壓器的設計
　　與傳統線性變壓器相比，高頻變壓器具有體積小、重量輕的優點。現就本裝置中高頻變壓器的設計說明如下。設計流程如圖3所示。
　　對于高頻變壓器而言，磁心的選擇尤為重要。通常是，高磁通密度，低磁通損耗。高的居里溫度和高滲透性是衡量磁心好壞的主要技術指標。通常選用R2KB鐵氧體材料制成的EE型鐵氧體磁心，其具有品種多，引線空間大，接線操作方便，價格便宜等優點。考慮到高頻變壓器原邊的高電壓，在高頻變壓器的原邊必須采用絕緣性能優良的導線。由于副邊繞組中將流過較大的電流，可考慮采用銅盤提高通流能量。原副邊繞組的變比輸入電壓、輸出電壓、功率和開關頻率決定。
　　變比的選擇要適中，選的過大將導致導通時間達到最大時，輸出電壓可能也達不到設計值；選的過小會增大原邊損耗。
　　由以上分析可知，首先根據實際要求計算出磁心面積和磁心的數量，然后計算原副邊的線徑，同時可以通過計算或仿真確定漏感、線損、導線電容。如果磁心損耗過大，需要反復調整線徑或變比直到滿足設計要求為止。高頻變壓器主要設計參數見表1。
4 試驗波形分析
　　開關管2SK1317的漏一源兩端的電壓V。的試驗波形如圖4所示。
　　輸出電源經過LC濾波以及后級三端固定式線性穩壓器7815穩壓后，電源在額定功率輸出時，輸出電壓波形如圖5所示。輸出電壓的紋波峰峰值約為100mV，滿足設計要求。
　　從以上2個波形圖可以看出開關管的工作波形比較理想，關斷時無振蕩。輸出+15V平穩電壓，比較光滑。
5 結束語
　　本設計的開關電源工作穩定，輸出紋波小，主回路開關管工作波形理想，無振蕩，無尖峰電壓，變壓器無發熱現象，系統具有良好的工作性能。