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　　摘要：研制一種單相輸入全橋PWM變換器、電壓電流雙環控制、納米晶磁芯高頻變壓器和全橋整流、LC濾波器組成的脈寬調制變換器型穩壓電源。輸出電壓1～1 OOV，最大電流達1 00A，輸出紋波小于O.1%(1～100V)。實現了某工程試驗點火對電源的要求。

　　0 引言

　　某工程試驗點火裝置，為滿足狹小空間下，不同阻值爆炸橋絲的引燃工作，要求紋波小、輸出可調，體積小和高可靠的開關穩壓電源。基本要求是輸入AC220V，輸出DC0～100V連續可調，最大輸出電流100A，低頻紋波Vrms≤O.1%，電壓調整率≤0.5%，穩定度≤0.1%的開關電源。設計思想主要服從可靠、體積兩方面要求。在綜合分析了現有的軟硬開關變換器電源技術后，采用了脈寬調制變換器的形式設計，好處是簡單可靠。通過對電源的供電環節、反饋控制、吸收電路、元器件選取與制作以及工藝結構等方面優化設計，解決了大電流下的輸出紋波大、輸出大范圍調節下電源穩定性差、炸管和振蕩等問題，研制出了合格的電源。

　　l 電源主電路

　　電源主電路如圖1所示。電源由輸入電路、變換器、直流輸出和控制驅動組成。輸入電路包含抑制合閘浪涌的延時電路、EMI過濾器、單相整流器和濾波電容器組。變換器采用脈沖寬度調制“H”橋拓撲。高頻變壓器、橋式整流器、電感器和電容器組構成直流電壓輸出電路。控制電路利用PWM調節輸出電壓電流方案。

　　1)輸入電路

　　輸入電路由輸入延時啟動、EMI濾波器、橋式整流電路B1和濾波電容器組C1構成。延時啟動使用繼電器方式，以減小電源合閘瞬間對濾波電容器組C1的電流沖擊。電容器選用CDE公司的DCMCE型逆變器專用輸入濾波電容器。整流橋選擇TECHSEM公司的MDQ75單相整流橋模塊。由于電源每次工作時間很短暫及體積的限制，輸入電路中沒有加入功率因數校正電路。

　　2)變換器和驅動電路

　　變換器采用脈寬調制的“H”橋拓撲，它由四只IGBT(VT1一VT4)組成。工作時，其輸出在1～60μs變化脈沖寬度。IGBT選用三菱公司的CM75BU一12H單相全橋模塊，好處是每只IGBT開關特性的一致性好，無須考慮電路的平衡問題。對于驅動電路，目前集成驅動電路很多，由于它直接影響到IGBT可靠工作及可靠保護，經比較選用了POWERXE公司基于VLA502一02的兩通道IGBT驅動模塊BG2A。圖2是VLA502—02的原理圖，與常用混合驅動模塊另一個同之處是它集成了DC/DC電源，無須再對每個驅動電路單獨供電。實際使用表明，BG2A可靠性大大高于EX840等驅動電路，從未遇到過損壞。　

　3)變壓器和輸出整流濾波電路

　　變壓器功率較大，鐵氧體磁芯難以做到，采用了鐵基納米晶帶材。與鐵氧體材料相比，鐵基納米晶帶材具有高飽和磁感應強度、高導磁率和低矯頑力，使變壓器體積減小、頻響更高、效率提高。同時，加工、安裝方便、參數調整容易。由于IGBT作硬開關，工作頻率高于1 5kHz時，開關損耗成為電源主要損耗，因此，變壓器及變換器工作的頻率設計為15kHz。輸出整流二極管選用摩托羅拉MUR20020快恢復二極管。

　　輸出濾波電路采用LC濾波器，由于電感器的電感量和功率較大，鐵粉芯和鐵硅鋁的磁芯沒有相適應的產品規格，電感磁芯采用了鐵基非晶材料。為了降低輸出紋波，電容器采用美國CED公司101型電解電容器，它的ESR(等效串聯電阻)、ESL(等效串聯電感)為目前所有品牌電解電容器中最低，且溫度范圍很寬。

　　4)控制與安全保護

　　電源是輸出電壓在0～100V間不分檔、可連續調節的直流穩壓電源，過載保護被設計成高精度的限流保護形式，其限流值在0～100A間可連續調節。為了可靠起見，反饋控制采用了傳統的模擬控制，即用誤差放大器來減小輸出電壓與參考電壓的誤差。控制芯片采用TL494，設計為恒壓恒流雙閉環控制系統，兩個閉環共用一個脈寬調制實時處理，實現恒壓調節和恒流調節功能。TL494的兩個誤差放大器，一個用于電壓穩定控制，一個用于電流限制。電流采樣電阻采用1 00A/75mV標準分流器。TL494用作電壓反饋和電流反饋的放大器被設計成“或”的關系。輸出電壓大小的調節，用改變電壓反饋取樣電阻的分壓比實現，電流限制調節的方法同樣。