一種基于三相PFC技術的智能高頻開關電源設計

錢忠源

【摘 要】作為電力操作電源中的核心設備，智能高頻開關主要負責將交流或直流供電按照實際需求轉(zhuǎn)化成直流電。一直以來，智能高頻開關電源的設計均是智能設計的重要內(nèi)容，而隨著電源開關設計技術的不斷發(fā)展，三相PFC技術逐漸應用到了智能高頻電源開關的設計中?；诖?，論文提出了一種基于三相PFC技術的智能高頻開關電源的設計方法，以此來提高智能高頻電源開關的管理水平與使用水平。

【Abstract】As the core equipment of power operation power supply， the intelligent high frequency switch is mainly responsible for AC or DC power supply， which is converted into DC power according to the actual demand. For a long time， the design of intelligent high frequency switching power supply is an important part of intelligent design. And with the continuous development of power switch design technology， three-phase PFC technology is gradually applied to the design of intelligent high frequency power switch. Based on this， this paper puts forward a design method of intelligent high frequency switching power supply based on three phase PFC technology， so as to improve the management level and use level of intelligent high frequency switching power supply.

【關鍵詞】三相PFC技術;智能高頻開關電源;VIENA拓撲

【Keywords】three-phase PFC technology; intelligent high-frequency switching power supply; VIENA topology

【中圖分類號】TN86? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2018）10-0125-02

1 引言

隨著現(xiàn)代化社會的不斷發(fā)展，智能產(chǎn)品的應用逐漸成為常態(tài)。電力行業(yè)作為關系著國計民生的重要行業(yè)，其智能化建設進程，直接影響著人們的生活水平以及整個社會的經(jīng)濟發(fā)展。近年來，三相PFC技術在智能高頻開關電源設計中的應用越來越頻繁，極大地提高了電源開關的應用水平與控制效果。基于此，本文對一種基于三相PFC技術的智能高頻開關電源設計方法進行研究，具有重要的實踐意義。

2 智能高頻開關電源的設計原理及三相PFC技術的應用優(yōu)勢

2.1 智能高頻開關電源的設計原理

智能高頻電源的主要作用，是將三相交流電轉(zhuǎn)化為220V直流電[1]。因此，為了確保高頻電源的應用效果，在本文設計中對其進行了專門整合，首先將高頻電源的功率設置成380V，之后利用三相轉(zhuǎn)化法對功率因數(shù)進行校正，也就是將電壓轉(zhuǎn)換成220V的直流電，之后再利用D/C變換對電路輸出進行有效控制。經(jīng)過這種轉(zhuǎn)化后，在實際應用中，三相PFC技術不僅可以矯正整個電源功率，而且還可以對電路輸出進行控制。所以，基于三相PFC技術設計智能高頻開關電源具有一定可行性，可以提高智能高頻電源開關的使用性能。

2.2 三相PFC技術的應用優(yōu)勢

應用三相PFC技術設計智能高頻開關電源的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，電源控制更加簡單;第二，對開關的損耗較小，可以延長開關的應用壽命;第三，由于三相PFC技術采用的為電壓分阻形式，因而其在電路的操作上也更加簡單;第四，在功能的應用與處理上也相對簡便，數(shù)據(jù)采集的準確性以及穩(wěn)定性均更高[2]。

3 三相PFC技術的仿真設計以及應用

3.1 三相PFC設計原理

應用三相PFC技術進行智能高頻開關電源的設計時，必須要設計專門的電路拓撲，以確保其應用效果。在本文設計中，采用VIENNA電路拓撲進行設計，此種電路拓撲不僅控制簡單，三相之間能夠互相解耦運行，同時，IGBT管之上的耐壓，是全橋IGBT管的50%，因而開關損耗也相對較小。

在本文研究中，為了確保電路設計的簡單性，以及功能應用的方便性，選擇電阻分壓的方式進行設計，這種方式也在一定程度上為采樣的準確性提供了重要保障。首先，通過隔離運放傳輸數(shù)據(jù)，而UN是虛擬出來的中點，通過三片隔離運放。電流回路則采取電阻采樣的方式，且三路電流的采樣均采用隔離運放的方式，利用上橋壁上的三個IGBT驅(qū)動電壓降低后來為每路進行供電，同樣，下橋臂上的驅(qū)動電壓進行降壓之后，便可以為母線電壓的采樣隔離運放進行供電。

3.2 三相PFC的仿真設計

對智能高頻電源開關進行三相仿真設計，是確保可以對電源實行總體性整合的關鍵。所以，在本文研究中，需要首先對電源展開三相仿真設計，具體從三相電源電壓、VIENA整流拓撲與負載電流控制電路等方面展開分析。三相PFC仿真控制電路設計圖。

3.3 電源損耗率控制分析

眾所周知，開關的損耗會因為開關頻率的增加而增加。首先，假設電源開關控制損耗率是25%，且MOS管可以承受的最大電壓是350V，開關閉合瞬間的電流設為輸出電流，那么電源控制的各個過程中電源損耗的計算公式如下所示：

①開關斷開過程損耗的計算公式，如公式（1）至公式（3）所示：

根據(jù)以上分析可知，電源開關的整個過程中，電源的損耗率是8.88W。

4 電源D/C變換設計

4.1電路設計

在本文設計中，為了確保所設計電源可滿足基本電源的應用要求，對該電路展開了D/C變換設計，D/C變換電路的設計圖經(jīng)過變換之后，電路的損耗率會降低，且整個電路的輸出符合電源開關管理的實際需求。在實際設計中，安裝了反光二極管，以此來實現(xiàn)對整個開關的控制。同時，安裝了繼電器對電路進行保護，并提高了電源的轉(zhuǎn)換率。

4.2 IGBT驅(qū)動回路設計

因本文在設計時，采用的是全橋形式，這種情況下若再采取脈寬調(diào)制策略，那么IGBT管的下管驅(qū)動便會高出一半的占空比，而上管則會不足一半占空比。鑒于此，IGBT管的上管與下管的驅(qū)動應采用不同的驅(qū)動方式，上管應采取成熟的驅(qū)動電路，而下管驅(qū)動則應首先利用ADUM2210進行數(shù)字隔離，之后再利用UCC27524D進行直接驅(qū)動，最后利用串聯(lián)電容以及TVS管的并聯(lián)電路，產(chǎn)生較小的負偏電壓。

5 基于三相PFC技術的智能高頻開關電源設計的驗證

為了確保本文設計的智能電源能夠滿足實際應用，在本文研究中，需要利用后續(xù)的規(guī)劃分析對所設計的智能開關電源進行驗證，以確保其可以滿足實際應用需求，真正發(fā)揮出應具備的管理作用。本文設計中應用的雙環(huán)控制策略，可以確保輸入電流準確地跟蹤輸入電壓，同時電流波形的正弦度也比較高。為了驗證本文設計電源開關的動態(tài)調(diào)節(jié)性能，本文進行了突然加載與突然減載的仿真分析，進行突然加載的仿真分析時發(fā)現(xiàn)當負載從500W突然加大到6kW時，并未對輸出電壓造成較大波動，且調(diào)節(jié)時間也比較短，進網(wǎng)電流的波動也比較小。在突然減載時，發(fā)現(xiàn)當負載從6kW突然降低到500W時，輸出電壓以及進網(wǎng)電流的波動均比較小，且調(diào)節(jié)時間也比較短。由此可知，本文設計的智能高頻電源開關具有良好的動態(tài)調(diào)節(jié)性能，突然加載或者突然減載均不會對輸出電壓、進網(wǎng)電流產(chǎn)生較大影響，穩(wěn)定性較高。

6 結(jié)論

通過本文研究可知，基于三相PFC技術的智能高頻開關電源設計具有很好的可行性，不僅操作簡單，且輸出電壓穩(wěn)定性較高，整個電路的控制性與動態(tài)調(diào)節(jié)性能均比較好。因此，在智能高頻開關電源的設計中，應積極應用三相PFC技術，以此來不斷提高智能高頻開關電源的使用性能與管理水平。

【參考文獻】

【1】畢恩興.智能高頻開關電源系統(tǒng)中整流模塊的功能設計[J].現(xiàn)代電子技術，2011，34（16）：189-191.

【2】張育勛.智能變電站中高頻開關電源技術應用[J].建筑工程技術與設計，2017，13（20）：121-123.