【導讀】本文介紹的開關電源即適合單相供電，也適合三相供電。是如何設計做到的呢？ 主要是該設計中的整流電路參數是按照單相設計，對于三相供電就增加了穩定性。解決開關電源因供電電源局限的矛盾的同時，還可以實現單相、三相均可供電。
本文將介紹的開關電源比較切合實際應用。因為整流電路的參數設計是按單相考慮的，用在三相供電時有充分的裕度，故使系統更加穩定可靠；用在單相供電時同樣能正常工作。這就解決了開關電源因供電電源局限的矛盾。用這種方法，亦可對現有的開關電源作改造，使其成為單相、三相均可供電的開關電源。
電源敘述
1、電源主要性能
電源的最高輸出功率P0為2.8KW，輸出額定電壓U0為28V，設計工作開關頻率為20KHZ。
2、輸入電路結構
為了盡可能簡化電路，在三相供電的控制方案基礎上，采用外帶變壓器的方法，實現單相供電。其原理電路如圖1所示。三相電源供電時，A、B、C分別接三根火線；單相供電時，增加一個附屬單相升壓變壓器，其原邊接至電源，A、B、C任意兩端接至單相變壓器付邊，利用原整流電路的兩對二極管作單相全波整流，另一對二極管與EMI電路斷開。
1
3、主電路結構
從功率容量和盡可能降低開關電源裝置的損耗和制作成本考慮，主電路采用了主開關元件為IGBT的全橋PWM變換電路。電路如圖2所示。
2
4、控制電路
PWM控制電路采用的是UC3846。其應用電路主要部分如圖3(a)所示，腳1所接R1、R2,決定初級限流值，并決定當過電流時器件是閉鎖還是重新運行。CS+和CS-兩端接過流信號，實施過流、過壓自動保護。EA+和EA-兩端是內部誤差放大器輸入端，接受來自輸出電壓和輸出電流的誤差信號，以實行導通/短開時間的控制，達到PWM占空比控制的目的。腳16SHUTDOWN端是封鎖輸出脈沖的接線端，接收過流、過壓封鎖信號，腳8和腳9外接決定開關頻率的電阻RT和電容CT。控制輸出端Bout(14腳)和Aout(11腳)分別接D觸發器的置“1”端和置“0”端，通過觸發器的延時翻轉，在滯后橋臂上得到滯后超前臂開關信號一些時間的開關信號，通過主電路的軟開關電路實現ZVS和ZCS。S1-S4是輸出到IGBT驅動電路的控制信號，如圖3(b)所示是一個IGBT的驅動電路。
34
電路參數計算
對元件和參數作一個計算。開關頻率及PWM控制脈沖寬度(占空比)是輸出穩定性高低的關鍵，IGBT和高頻整流快速恢復二極管是電源工作恢復高低的關鍵。
1、開關頻率及占空比的計算
為了計算這兩個參數，先設計高頻變壓器的匝比為10：1。因為電源輸出電壓U0為28V，所以高頻變壓器輸入端的平均電壓US’應為280V。由DC- DC變換原理可知：Us，/ Ud =D/T， 而Ud=1.35UL，式中：UL---- 三相供電線有效值(380V)，所以，D/T=280/513=0.545=0.55，由于是全橋式變換，所以每組開關的占空比Dp=D /2*T=0.2757T圖4-a所示為一組開關的工作波形示意圖。
5
綜合對電源可靠性要求高，對電源體積要求較高等因素,確定開關電源頻率為20KHZ，容易算出最小死區時間為11.25µs。
可見，有這樣大的死區時間，可以保證在輸入電壓有較大波動情況下仍能使輸出穩定不變。
2、IGBT的選擇
對IGBT的選擇，主要考慮正常工作時流過IGBT的電流有效值、平均電流和反向電壓Uces。因為象開關損耗發熱、工作條件嚴酷等因素都不能忽略，所以選擇時，其元件的參數應取2倍以上安全系數,。由于是全橋式電路，且高頻變壓器變比為10 : 1 ,次級輸出電流為連續的100A電流，所以流過變壓器初級電流平均值IL(av)應為10A，流過每個IGBT的穩定電流波形如圖4-b所示，其電流計算如下：
因為 6
所以IGBT的穩態幅值電流為: 7
IGBT電流的有效值為：8
在器件手冊中，給出的IGBT元件參數額定電流是直流連續平均電流，而在實際工作中，IGBT的過流損壞一般是熱效應引起的。所以綜合成本和可靠性問題，常常選IGBT的額定電流大于工作電流有效值IT兩倍以上。電路中，每個開關元件的工作電壓均為電源電壓Ud，即Uces=Ud=513V，所以 IGBT的耐壓應選擇1000V以上。
3、次級整流二極管的選擇
分析計算方法同IGBT的選擇。流過二極管的峰值電流180A，平均電流IDav=50A，有效值電流ID=95A，所以選擇IFav=200A，VRRM.≥100V的快速恢復二極管。
4、輸入整流電路及附加單相升壓變壓器的確定
因為由三相供電時，Ud=1.35UL=1.35×1.707×UP。為了保證單相供電時,開關電源輸出不變，顯然，此時須有Ud’= Ud=1.35×1.707×UP。由單相全波整流原理知，其整流輸出電壓Ud’是整流輸出電壓有效值UX的1.1～1.2倍.所以由上式有: ( 1.1～1.2)UX=1.35×1.707×UP,其中UP是相電壓。
所以，選擇整流電路，其耐壓值比三相時選高一些，同時，整流電流值也應比三相時大一些，一般選擇大三分之一即可。變壓器的匝比設計為1:2 即可滿足要求。
PWM電路的選擇
文章選擇UC3846雙輸出電流型PWM控制器集成電路。該電路在開關頻率為20KHZ時，其最大占空比可達50%，所以它的控制是有效和穩定的。
IGBT的驅動和保護
IGBT的工作是由其柵極電壓的正負來控制的，當UGE>0時，IGBT導通，當UGE<0時，(一般UGS≤-5V )，IGBT截止。考慮到它的特點和工作原理，選用了由正負雙電源供電的M57962L型專用驅動集成電路。該電路有內藏定時邏輯短路保護電路，并且有保護延時功能。驅動保護原理電路如圖3(b)所示。對IGBT除驅動電路本身提供的短路(過流)保護功能外，在IGBT上并聯RC緩沖支路和電源兩端并聯吸收電容也是效果明顯的方法。
相關閱讀：
分享：如何設計電流型開關電源中電壓反饋電路？
http://www.sg1668.com/power-art/80021490
“玩轉”電源：將電腦電源改成可調穩壓電源設計詳解【有圖】
http://www.sg1668.com/power-art/80021496
開關電源升壓電路設計大比拼，看看哪款合你口味？
http://www.sg1668.com/power-art/80021647
