2014年05月21日

多组变压器在低压大电流开关电源中应用的研究

  随着半导体技术、微电子技术以及逆变技术的高频化、智能化、模块化发展极大地推动了

  对于低压电流开关电源,次级输出一般采用全波整流方式。由于受到单个整流二极管容量的,常采用一组变压器,多组副边,如图1 (a)所示,或者一组副边多只整流二极管并联的结构,如图1 (b)所示。

  图1所示电,在原副边能量传递期间,变压器可以等效为电压源,而副边线上的可以等效为电压源内阻。由于电压源内阻相整流二极管等效电阻较小,可忽略不计。设原副边完全耦合,因此其等效电可简化为如图2所示。显然,图1这两种结构等效电相同,都属于整流二极管并联均流的问题。由于整流二极管正的电流温度系数,而在实际应用过程中,很难器件的一致性,因此会使流经整流二极管的电流不相同,严重时会因负担过重而损坏。

  二极管并联使用,为了达到均流的目的,可以采用串入电阻方式并联,如图3(a)所示;或采用串入动态均流互感器并联等方法,如图3(b)所示。

  由于邻近效应及趋肤效应的影响,对于串入电阻的并联方式,二极管的均流效果随输出电流的大小而改变,均流效果较差。且对于低压大电流,为了减小串入电阻上的损耗,其阻值不宜较大,这会降低均流效果。

  对于串入动态均流互感器的并联方式,可以达到较好的均流效果,但大电流互感器的制作工艺复杂,成本高, 同时由于动态均流互感器的漏感及引线电感的存在,使得二极管在关断时的反向尖峰电压增高,电磁干扰及损耗随之增加。

  本文采用的多组变压器原边副边并联的结构,如图4(a)所示,可以克服以上的缺点,通过变压器实现副边均流。

  设原副边完全耦合,不计磁芯损耗及铜耗,忽略变压器原副边线,在原副边能量传递期间,其等效电可简化为如图4(b)所示。可以得到以下关系式

  由(1-6)可以看出,副边是均流的,因此流过输出整流二极管的电流相同,实现自动均流。由(1-3)和(1-4)可以看出, 虽然整流二极管的特性不同,但可以通过调整各组变压器原边的电压来实现副边均流。多个变压器的这种连接方式可以使得变压器的设计模块化,简化变压器的制作工艺。

  在整流二极管换流期间,由于变压器原副边短,因此E01 ,E02,E,E2为零,变压器不起作用。此时副边所有整流二极管均同时导通,换流之前导通的整流二极管电流逐渐减小为零,未导通的整流二极管电流逐渐增加为最大值,换流过程中,副边电流变化曲线与整流二极管的特性有关。

  3仿线A电镀电源为例进行这种结构的PSPICE仿真分析。主电采用移相全桥ZVS(Zero Voltage Switching)软开关的形式,开关频率20kHz,副边为全波整流,使用了三组变压器,每组匝比8:1,变压器原边副边并联,输出整流二极管使用耐压为80V,电流为400A的肖特基二极管。仿线所示。