DC-DC變換器是開關(guān)電源中實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換的部分。DC-DC變換器的輸入電壓為三相整流電壓，電壓較大，對開關(guān)器件因此選用全橋式電路較為合適，可使變壓器磁芯和繞組得到最優(yōu)利用，使效率、功率密度等得到優(yōu)化;另一方面，功率開關(guān)在較安全的情況下運(yùn)行，最大的反向電壓不會超過輸入整流濾波電路的輸出電壓。但是需要的功率元件較多，在開關(guān)導(dǎo)通的回路上，至少有兩個(gè)管的壓降，因此功率損耗也較大。由于三相整流橋提供的直流電壓較高，工作電流相對較低，這些損耗還是可以接受的。目前，常用的全橋式變換器有傳統(tǒng)的硬開關(guān)式、諧振式以及移相式，下面分別簡單介紹一下。
1硬開關(guān)式全橋變換器
硬開關(guān)PWM電路曾以結(jié)構(gòu)簡單、控制方便得到廣泛應(yīng)用，其電路結(jié)構(gòu)如圖2-2所示.在硬開關(guān)PM電路中開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài),開關(guān)器件在高電壓下導(dǎo)通，大電流下關(guān)斷，因此,在開關(guān)瞬間必然有天量損耗。因此，常常加入緩沖電路，如IRc吸收網(wǎng)絡(luò)。它可以限制開通時(shí)的du/dt和關(guān)斷時(shí)的di/dt，使功率器件安全正常運(yùn)行。但是需要注意的是，吸收電路是通過把器件本身的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路中而使器件得到保護(hù)的，因此這部分能量最終還是被消耗了，系統(tǒng)總的損耗沒有減少。并且頻率越高，開關(guān)損耗越大，使系統(tǒng)效率大大降低。另外，開關(guān)器件在高頻下運(yùn)行時(shí)，器件本身的極間電容將成為-個(gè)重要參數(shù)。極間電容電壓轉(zhuǎn)換時(shí)的du/dt會藕合到輸入端，產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁十?dāng)_，影響電源本身和電網(wǎng)中其他電器設(shè)備的運(yùn)行。此外，電路寄生電容、電感若形成強(qiáng)烈的振蕩也會影響到設(shè)備的正常運(yùn)行。
2諧振式全橋變換器
硬開關(guān)式電路在頻率不高時(shí)其缺點(diǎn)還不是很突出，隨著頻率的提高，開關(guān)損耗和電磁干擾將變成一個(gè)十分嚴(yán)重的問題，為了解決這一問題，有人提出了諧振式軟開關(guān)的概念。諧振式軟開關(guān)和硬開關(guān)相比，主要是增加了兩個(gè)附加心件--諧振電感和諧振電容。利用諧振電感和諧振電容的諧振作用，使開關(guān)器件在正弦波的零電壓或零電流處開通或關(guān)斷。諧振變換電路有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但其基本組成部分還是通過開關(guān)器件和諧振元件I、C之間串聯(lián)或并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的，再配以適當(dāng)?shù)目刂撇呗詠韺?shí)現(xiàn)開關(guān)器件的零電壓或零電流動(dòng)作。其基本電路結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。
圖2-3(a)為零電流(7.ero-Current-Swi tching)開關(guān)，它是通過電感I.r和開關(guān)S的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。Lr和Cr之間的諧振是靠S的導(dǎo)通來激勵(lì)的，利用Lr和ICr諧振形成開關(guān)器件導(dǎo)通期間的正弦波電流波形，電流過零點(diǎn)時(shí)即將開關(guān)S關(guān)斷。零電流開關(guān)對于具有存儲效應(yīng)的開關(guān)器什更加有效，如GTR、IGBT。
圖2-3(b)為零電壓(Zero-Voltage-Swilching)開關(guān)，它是通過電感Lr和開關(guān)S的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。I.r和Cr之間的諧振是靠S的關(guān)斷來激勵(lì)的，利川兒I.r和Cr諧振形成開關(guān)器件關(guān)斷期間的正弦波電流波形，電壓過零點(diǎn)時(shí)即將開關(guān)S導(dǎo)通。
只要將圖中2-2中的硬開關(guān)換成諧振式軟開關(guān)，即為諧振式全橋變換器。采用諧振全橋變換器，電源工.作的安全性大為提高。但是，諧振式變換器與負(fù)載關(guān)系很大，對負(fù)載的變換很敏感，為保持輸出在各種運(yùn)行條件下基本不變，必須采用脈沖頻率調(diào)制(PFM)，因此，高頻變壓器、電感等磁元件要按最低頻率設(shè)計(jì)，不可能做的很小，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)相當(dāng)困難;另外，其控制電路中需要增加電壓-頻率轉(zhuǎn)換功能，電路要復(fù)雜許多。所以，80年代后期，許多專家進(jìn)一步研究開發(fā)能實(shí)現(xiàn)恒頻控制的軟開關(guān)技術(shù),兼有諧振變換器和PWM變換器的特點(diǎn),形成了ZCS或ZVS PWM變換技術(shù)。
3移相式全橋變換器
近年來，移相控制全橋變換器由于具有恒頻軟開關(guān)運(yùn)行、移相控制實(shí)現(xiàn)方便、電流和電壓應(yīng)力小、巧妙利用寄生元件等一系列突出優(yōu)點(diǎn)，倍受各方的廣泛關(guān)注.移相控制方式作為全橋變換器特有的-種控制方式，它是指保持每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間不變，同一橋臂兩只管子相位相差180度。對全橋變換器來說，只有對角線上兩只開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，變換器才輸出功率，所以可通過調(diào)節(jié)對角線上的兩只開關(guān)管導(dǎo)通重合角的寬度來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制，而在功率器件環(huán)流期間，它又利用變壓器的漏感、功率半導(dǎo)體器件的結(jié)電容或外加的附加電感電容的諧振來實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流的開關(guān)換流。
本文根據(jù)實(shí)際技術(shù)要求開發(fā)的開關(guān)電源的主電路，應(yīng)該采用移相式全橋變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
