【導讀】電鍍的電源與普通電源的不同之處在于電鍍電源需要電流輸出，而且對輸出電壓要求較低。電鍍電源功率較大，因此多數采用晶閘管相控整流方式。本文中深入解析了電鍍用開關電源，電流從0-5000A，輸出電壓從0-12V連續可調，60KW的滿載輸出功率。
零電壓軟開關
高頻全橋逆變器的控制方式為移相FB2ZVS控制方式，控制芯片采用Unitrode 公司生產的UC3875N。超前橋臂在全負載范圍內實現了零電壓軟開關，滯后橋臂在75 %以上負載范圍內實現了零電壓軟開關。圖2 為滯后橋臂IGBT 的驅動電壓和集射極電壓波形，可以看出實現了零電壓開通。
開關頻率選擇20kHz ,這樣設計一方面可以減小IGBT的關斷損耗，另一方面又可以兼顧高頻化，使功率變壓器及輸出濾波環節的體積減小。
圖1：IGBT驅動電壓和集射極電壓波形圖
主電路拓撲結構
考慮到對大電流輸出的需要，在主電路的高頻逆變部分，本設計選用了IGBT作為功率開關器件的全橋拓撲結構。整個主電路如圖1 所示，包括：工頻三相交流電輸入、二極管整流橋、EMI 濾波器、濾波電感電容、高頻全橋逆變器、高頻變壓器、輸出整流環節、輸出LC 濾波器等。
為了防止偏磁，電路中包含了隔直電容Cb，用它來對變壓器的伏秒值進行平衡。考慮到效率的問題，諧振電感LS 只利用了變壓器本身的漏感。因為如果該電感太大，將會導致過高的關斷電壓尖峰，這對開關管極為不利，同時也會增大關斷損耗。另一方面，還會造成嚴重的占空比丟失，引起開關器件的電流峰值增高，使得系統的性能降低。
圖2：主電路原理圖
對輸出電流進行限制，是為了對電源當中的開關元件進行保護，以免出現超出過載承受能力的情況。因此，控制電路采用電壓電流雙環結構(內環為電流環，外環為電壓環) ,調節器均為PID。圖3 為控制電路的原理框圖。加入電流內環后，不僅可以對輸出電流加以限制，并且可以提高輸出的動態響應，有利于減小輸出電壓的紋波。
圖3：控制電路的原理框圖
[page]在本設計當中，大量運用了穩壓和穩流的控制電路，圖4為穩壓穩流自動轉換電路。其工作原理是：穩流工作時，電壓環飽和，電壓環輸出大于電流給定，從而電壓環不起作用，只有電流環工作;在穩壓工作時，電壓環退飽和，電流給定大于電壓環的輸出，電流給定運算放大器飽和，電流給定不起作用，電壓環及電流環同時工作，此時的控制器為雙環結構。這種控制方式使得輸出電壓、輸出電流均限制在給定范圍內，具體的工作方式由給定電壓、給定電流及負載三者決定。
圖4：穩壓穩流自動轉換電路
以縮小體積增長效率為目的，本設計采用了軟開關的技術，電源實際容量為60kw高頻全橋逆變器的控制方式為移相FB2ZVS 控制方式,它利用變壓器的漏感及管子的寄生電容諧振來實現ZVS。控制芯片采用Unitrode 公司生產的UC3875N。通過移相控制，超前橋臂在全負載范圍內實現了零電壓軟開關，滯后橋臂在75 %以上的負載范圍內實現了零電壓軟開關。
在本次設計中，電鍍電源采用移相全橋的軟開關電源技術。從主電路拓撲到控制電路的設計，有效的減少了開關的損耗以及噪聲問題，而且功率器件在零電壓狀態實現了軟開關。
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