一种直流大功率开关电源的主电路设计分享

在大功率电源的新产品研发过程中，直流电源占据了较大的市场份额，也是目前工业领域较常见的主流电源设计方向。我们今天将会为大家分享一种软开关的直流大功率电源的主电路设计方案，希望能够对各位工程师的设计研发工作有所帮助。

在这一软开关的直流大功率开关电源设计方案中，我们所设计的主电路框图，如下图图1所示。从图1中可以看到，虚线以上是主电路，这一直流大功率开关电源的主电路主要分为输入整流滤波、逆变开关电路、逆变变压器和输出整流滤波。虚线以下为控制回路，控制回路主要包括信息检测电路、控制和保护单元、监控单元和辅助电源。

图1

在这一大功率直流开关电源的主电路设计过程中，我们采用的是ZVZCS-PWM拓扑，原边加箝位二极管，三相交流输入整流后加LC滤波，以此来提高输入功率因数。在本方案中，我们所选择的主功率管为IGBT，控制电路采用UC3875移相控制专用集成芯片，电流电压双闭环控制。具体设计主电路如图2所示，包括三个部分，分别是输入整流滤波电路、单相逆变桥和输出整流滤波电路。

图2

在了解了主电路系统的结构之后，接下来我们来看一下这种直流大功率电源的输入整流滤波电路设计方案。在本方案中，三相交流电经电源内部EMI滤波后，加到整流滤波模块。EMI滤波器的作用是滤除功率管开关产生的电压电流尖峰和毛刺，减小电源内部对电网的干扰，同时又能减小其他用电设备通过电网传向电源的干扰。在这一输入整流滤波电路中，我们所采用的是LC滤波方式，电感的作用是拓开电流导通时间，限制电流峰值，可以提高电源的输入功率因数。滤波电容采用四个电解电容，两个串联后并联使用，满足三相整流后的高压要求。电阻R1、R2是平衡串联电容上的电压，高频电容与电解电容并联使用，滤除高频谐波，弥补电解电容高频特性差的缺陷。

在本次所分享的大功率直流开关电源设计方案中，主电路系统中的单相逆变桥采用IGBT结构，以此来满足主电路系统的高压、高功率要求。在单相逆变桥的设计方面，无感电容（C7、C8）并联在两桥臂之间，降低两桥臂之间电压尖峰的干扰，谐波电感Lr、隔直电容15C、16C、17C防止变压器的直流偏磁，原边箝位二极管减轻副边振荡，主变压器起到原、副边的隔离、耦合作用，原、副边各一副绕组，以满足副边采用全桥整流的要求，原边加交流互感器，检测原边电流作保护用。

在这种软开关启动方式的直流大功率电源主电路设计中，就输出整流滤波电路而言，我们所采用的是全桥整流方式，以此来满足高压的要求。在这种输出整流滤波电路中，高频滤波电感Lf，电解电容（E5、E6、E7），高频电容（18C、21C）滤除高频谐波分量，共模电感（2L），Y电容（19C、20C），抑制共模分量，电流采样电阻3R～R5，输出二极管D14，防止电池电流反灌。