引言

随着电力电子技术的发展，移相全桥软开关控制技术逐渐应用于电力操作电源中，因为它不但可以减少电源的开关损耗、电磁干扰，还能改善电路的输出特性，提高电路的效率、稳定性和可靠性。在移相全桥软开关电力操作电源研究中，涉及了很多方面，如主电路的参数选择与设计、控制电路的设计、防电磁干扰的设计以及参数的影响等，本文在此只分析电力操作电源主电路参数设计。



图1 操作电源模块原理框图
电力操作电源工作原理

本电源模块的原理框图如图1所示，三相交流输入电源经输入三相整流、滤波变换成直流，全桥变换电路再将直流电变换成高频交流电，然后经高频变压器变压隔离、经整流器整流、滤波器滤波转换成稳定的直流输出。电源主电路采用移相ZVS全桥软开关变换电路，每一个桥臂采用两个功率管并联。

该变换器在一个变换周期内共有12种工作状态，4个开关管轮流导通，实现零电压开通和零电压关断，从而降低了功耗。同时为了抑制直流分量，采用了隔离电容；为了减小占空比，采用了饱和电感，使电源工作更加可靠。
电源主电路参数的设计

主电路设计主要指标

1. 输入三相交流电压：
，
2. 输出直流额定电压：220V，在180V~320V范围内连续可调
3. 输出电流：10A
4. 输出最大功率：3200W
5. 输出纹波系数：≤0.2%
6. 工作频率：34KHz
7. 综合效率：≥90%

输入滤波电容的选择

大功率开关电源采用三相380V交流电输入，经全桥整流后得到脉动的直流电压，输入滤波电容Cin用来平滑这一直流电压，使其脉动减小。

相电压有效值:
=304V－437V
为了保证整流滤波后的直流电压最小值Vin(min)符合要求，每个周期中Cin所提供的能量约为：

经整理后，可得输入滤波电容为：
。

谐振电感的设计

设计谐振电感时，为了实现滞后桥臂的零电压开关，必须满足下式：

其中，Lr是谐振电感，I是滞后开关管关断时原边电流的大小，CMOS是开关管漏-源极电容，Vin是整流滤波后的直流电压。

在实际设计中，考虑到滞后管在1/3满载以上时实现零电压开关，Vin应取最大值，同时，负载电流为1A时，滤波电感的电流ILf临界连续，也就是说，其脉动量ΔiLf为2A。在1/3负载时，

(A)，开关管IXFX2780Q的漏-源电容CMOS=750pF，Vin(max)=618V，Lr=39μH。

本谐振电感磁芯选用西门子公司的G42型号罐型磁芯，取气隙δ=2mm，那么根据公式：

式中：μ0是导磁率，大小为4π×10-7H/cm；Ae为磁芯的导磁截面积，大小为388mm2。将μ0、Ae和δ代入式上式，可得：绕组匝数N=4。实际中，用6根线径0.62mm的导线绞结绕制而成。

高频变压器设计

1. 主变压器原副边变比
设计高频变压器时，原副边变比应尽可能大一些，同时，变压器的变比应按最低输入电压Vin选择。这里假设副边的最大占空比为0.85，则可计算出副边电压VS(min)的大小：

其中，Vo(max)是最高输出电压；VD是输出整流二极管的通态压降；VLf是输出滤波电感上的直流压降。
故变压器原副边变比为：

2. 磁芯的材料选择
变换器中，高频变压器传递的是频率为34KHz以上的前沿陡峭的高频方波电压。因此，变压器磁芯采用的是西门子公司生产的N27系列铁氧体材料。由于本电源输出功率为2.2kW，根据磁芯规格和功率关系，可采用PM74型号的磁芯。根据B~H温度特性曲线，在本设计中选用的最大工作磁通密度BM为：

3. 原边和副边匝数
选定N27系列的PM74型号磁芯后，则副边就可以由下式确定：

式中Ae为磁芯的有效导磁截面积。

查手册可知，Ae=790mm2，Vs(min)=Vin(min)/K=396V，所以可得出Ns=20，采用Ns=21，根据变比K=1，同时根据应使变压器变比最大的原则，取原边匝数Nf=23。

4. 确定变压器绕组导线线径和股数
确定绕组的导线线径时，应使用电流有效值：

同时，也要考虑导线的集肤效应，在34KHz频率下，穿透深度Δ=0.35mm，