基于近年来的实践研究,山东临沂通达电子设备(www.beisitejixie.com)的韩师傅说,对ZVS PWM软开关方案进行了较为深入的工作分析,并在实践中取得了成功,并阐述了其优缺点。
1电镀行业中电镀电源的技术要求
电镀行业的主要关键设备是电镀电源,其性能直接影响电镀产品工艺的质量。同时,电镀行业重要的能耗是电源,因此高质量的电源是电镀行业的节能增效的决定性因素,也对电源的绿色化产生重要影响。格。就电性能而言,电镀电源是一种低压大电流设备,需要易于操作,可以承受输入端子的突然变化,输出端子的短路以及操作过程中过载的影响。另外,由于电源设备在诸如酸,碱,湿气等恶劣环境下工作,因此电镀电源的稳定性,可靠性,抗干扰性和耐腐蚀性也更为重要。这些是设计电镀电源时必须考虑的重要因素。
与传统的工频整流电源相比,该高频开关电源具有节能,节能约20%至30%,节省材料约80%至90%以及高功率密度(传统电源)的优点。只需生产0.5kg至1kg的材料即可输出1A电流(开关电源仅需0.06kg〜0.12kg),动态特性和控制调节特性好,制造过程占用空间小,加工音量较小[1]。电镀电源要求高输出功率(通常输出电流大于2000A)。电镀行业中开关电源的推广和应用是对节能和资源节约产生重大影响的措施。
2电镀电源的主电路结构
电镀电源在满足其电气技术要求的条件下,应尽可能采用简单,稳定,可靠的技术方案。为了获得高频开关电源的大功率输出,必须从电路结构设计的各个方面采取相应的措施,以确保满足大功率输出的要求。
因此,其工作电源直接使用380V三相交流电源。经过三相桥式整流和滤波后,将其用作开关电源的输入电源。由于需要输出高功率,因此只能通过使用桥式电路来实现主回路功率转换器。由于桥式电路使高频变压器只需要一个初级绕组,因此可以通过正向和反向电压获得正向和反向磁通量。适合使用变压器铁芯和绕组,效率和功率密度高。;另外,电源开关的大背压不能超过电源电压。使用四个反向连接到电源开关两端的体二极管,无需建立能量回收绕组,就可以回收和利用变压器的反激能量[2]。因此,功率转换器选择电桥电路结构。主要电路结构如图1所示。
3使用软开关转换器方案的必要性
在功率转换器采用桥式电路结构的条件下,根据开关器件的开关状态,开关功率转换器通常可以分为两类:硬开关转换器和软开关转换器。以PWM脉宽调制转换器为例。它通过更改开关接通时间的长度(即更改脉冲占空比)来调整输出电压和输出电流。PWM开关技术是由于其电路简单,控制方便而获得的。应用范围广。
图中的符号更改为斜体,二极管更改为空心直线
在早期的PWM开关技术中,电子开关是一种“硬开关”,如图3所示。也就是说,当设备上的电压或电流不等于零时,电源开关管便会导通或关断。,这会导致电路的开关损耗变大,硬开关转换器的名称如下。正是由于电路的开关损耗大,PWM开关技术的高频和大功率操作受到许多限制[3]。由于硬开关限制了转换器的输出功率和开关频率,因此硬开关条件下开关电源的输出功率通常小于10kW,工作频率约为20kHz。鉴于硬开关PWM转换器的不足,在1980年代后期提出了一种新的开关转换器-相移PWM控制软开关转换器,并进行了广泛的研究。
脉宽调制软开关技术(SPWM)的出现将大功率逆变器技术的研究和应用推向了一个新的高度。脉宽调制软开关技术结合了传统脉宽调制技术和谐振技术的优点。仅在功率设备换向时,才应用谐振原理,以使开关转换器的开关设备中的电流(或电压)遵循正弦或准正弦定律。当电流自然过零时,该设备将关闭;或当电压为零时,器件导通以实现零开关损耗,从而实现零电压或零电流转换。在其余大部分时间中,恒定频率脉冲宽度调制方法用于控制电源的输出电压或电流。因此,开关装置的电流或电压应力小,并且开关频率可以增加到兆赫兹水平。在这种思想的指导下,脉宽调制软开关技术在电力逆变器电路中的应用近十年来在中国逐渐占据主导地位。加上DC/DC开关转换器的电路拓扑的多样性,两者的结合使得当前使用的软开关功率转换器的电路越来越多。对于需要大功率输出的高频电镀开关电源,应使用软开关电源转换器。