鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2020年05月19日
一種基于推挽逆變的車載開關電源電路設計方法
隨著現代汽車用電設備種類的增多，功率等級的新增，所要電源的型式越來越多，包括交流電源和直流電源。這些電源均要采用開關變換器將蓄電池供應的+12VDC或+24VDC的直流電壓經過DC-DC變換器提升為+220VDC或+240VDC，后級再經過DC-AC變換器轉換為工頻交流電源或變頻調壓電源。關于前級DC-DC變換器，又包括高頻DC-AC逆變部分、高頻變壓器和AC-DC整流部分，不同的組合適應不同的輸出功率等級，變換性能也有所不同。推挽逆變電路以其結構簡單、變壓器磁芯利用率高等優點得到了廣泛應用，尤其是在低壓大電流輸入的中小功率場合;同時全橋整流電路也具有電壓利用率高、支持輸出功率較高等特點，因此本文采用推挽逆變-高頻變壓器-全橋整流方法，設計了24VDC輸入-220VDC輸出、額定輸出功率600W的DC-DC變換器，并采用Ap法設計相應的推挽變壓器。
推挽逆變的工作原理
圖1給出了推挽逆變-高頻變壓-全橋整流DC-DC變換器的基本電路拓撲。通過控制兩個開關管S1和S2以相同的開關頻率交替導通，且每個開關管的占空比d均小于50%,留出一定死區時間以防止S1和S2同時導通。由前級推挽逆變將輸入直流低電壓逆變為交流高頻低電壓，送至高頻變壓器原邊，并通過變壓器耦合，在副邊得到交流高頻高電壓，再經過由反向快速恢復二極管FRD構成的全橋整流、濾波后得到所期望的直流高電壓。由于開關管可承受的反壓最小為兩倍的輸入電壓，即2UI,而電流則是額定電流，所以，推挽電路一般用在輸入電壓較低的中小功率場合。
圖1：推挽逆變-高頻變壓器-全橋整流電路圖
采用面積乘積(Ap)法進行設計。關于推挽逆變工作開關電源，原邊供電電壓UI=24V,副邊為全橋整流電路，期望輸出電壓UO=220V，輸出電流IO=3A，開關頻率fs=25kHz，初定變壓器效率η=0.9，工作磁通密度Bw=0.3T。
(1)計算總視在功率pT.設反向快速恢復二極管FRD的壓降：VDF=0.6*2=1.2V
圖2：推挽逆變能量回饋等效電路
2、各點波形分析
當某一pWN信號的下降沿來臨時，其控制的開關元件關斷，由于原邊能量的儲存和漏電感的原因，漏極出現沖擊電壓，大于2UI，因為加入了RC緩沖電路，使其最終穩定在2UI附近。
圖5：推挽DC-DC變換器主電路圖
(2)實驗中，隨著輸入電壓的微幅增高，系統損耗隨之增大，重要原因是變壓器磁芯出現較大的渦流損耗，系統效率有所下降。減小渦流損耗的措施重要有：減小感應電勢，如采用鐵粉芯材料；新增鐵心的電阻率，如采用鐵氧體材料；加長渦流所經的路徑，如采用硅鋼片或非晶帶。
結論
推挽電路特別適用于低壓大電流輸入的中小功率場合，并利用Ap法設計了一種高頻推挽變壓器。實驗結果表明推挽逆變-高頻變壓-全橋整流的方法達到了預期的效果，使輸出電壓穩定在220V并具有一定的輸出硬度，效率達到80%，為現代汽車電源的發展供應了一定的發展空間。
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