以前,在电力直流电源系统中大都采用相控电源,但相控电源在效率、纹波、噪声等方面不尽人意;尤其现今大量采用免电池,相控电源的纹波大,使浮充电压易波动,出现蓄电池脉动充放电现象,对电池损害,缩短电池寿命。因此,下载安装 出现后,由于其体积小,重量轻,技术指标优越,模块化设计,N+1热备份,使在诸多领域得到广泛应用。20世纪90年代以后,国外先进工业国家新建或电厂及变电站已全部采用下载安装 。如今在我国,采用高频开关模块式的电力直流电源系统已在行业得到认同,并推广使用。

随着下载安装 技术的进步,电力用高频开关整流模块的技术也不断提高,本文介绍的3KW电力整流模块采用了加钳位二极管的零电压开关三电平直流变换器(2),电结构简单、紧凑,控制电采用了专用全桥移相控制芯片,该模块具有输入、输出过欠压、短和过温等多种功能。

主电由输入EMI滤波器、整流滤波、三电平直流变换器、输出整流滤波、输出EMI滤波器等单元组成,如下框图：

其中,EMI滤波器起高频电磁干扰的作用。为使滤波效果好,本电力整流模块中采用了二级共模电感。

上图中,三电平直流变换器部分电由MOS开关管Q1-Q4,续流二极管D1、D2,钳位二极管D3、D4等组成,谐振电感L3(包括变压器漏感)和MOS管的结电容组成谐振回,实现MOS管的零电压开关(Zero Voltage Switch,简称ZVS)。

该变换器采用移相控制,Q1和Q4为180o互补导通,Q2和Q3也为180o互补导通。Q1、Q4的驱动信号分别超前Q2、Q3一个相位角,即移相角。Q1、Q4称为超前管,Q2、Q3称为滞后管。通过控制移相角的大小可以实现输出电压的调节。

实现ZVS的条件：要有足够能量来抽走即将开通MOS管上结电容电压,并给要关断MOS管结电容充电。超前管开关中,谐振电感L3和输出滤波电感L4,而L4一般很大,故超前管易实现ZVS。滞后管实现ZVS仅依靠谐振电感L3的能量,增大谐振电感量或增大流过L3的电流可以滞后管的ZVS,但谐振电感引起有效占空比丢失,其电感量大占空比丢失的影响也大;而流过谐振电感的电流增大也意味MOS管通态损耗和变压器的损耗加大,因此滞后管在轻负载下实现ZVS困难。选择适当的谐振电感参数是变换器能最佳运行的关键。

上式,Vo_max为最大输出电压300V,V_d为输出整流管压降,取1.5V,V_l4为输出滤波电感压降,取0.5V,D_max为最大有效占空比,取0.95