电镀用移相全桥软开关的电路讲解

由于行业的特殊性，用于电镀的电源较普通电源有着明显不同，电镀电源需要较高的电流输出，而对输出电压则要求较低。电镀电源的电流要求在几千瓦到几十千瓦不等，这种比较大功率的电镀电源大多采用晶闸管相控整流方式。

此篇文章将为大家介绍一种电镀用开关电源，其输出电压从0~12V、电流从0~5000A 连续可调，满载输出功率为60kW。采用了ZVT软开关等技术，同时采用了较好的散热结构。

主电路拓扑结构

考虑到对大电流输出的需要，在主电路的高频逆变部分，本设计选用了IGBT作为功率开关器件的全桥拓扑结构。整个主电路如图1 所示，包括：工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC 滤波器等。

为了防止偏磁，电路中包含了隔直电容Cb，用它来对变压器的伏秒值进行平衡。考虑到效率的问题，谐振电感LS 只利用了变压器本身的漏感。因为如果该电感太大，将会导致过高的关断电压尖峰，这对开关管极为不利，同时也会增大关断损耗。另一方面，还会造成严重的占空比丢失，引起开关器件的电流峰值增高，使得系统的性能降低。

零电压软开关

高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式，控制芯片采用Unitrode 公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关，滞后桥臂在75 %以上负载范围内实现了零电压软开关。图2 为滞后桥臂IGBT 的驱动电压和集射极电压波形，可以看出实现了零电压开通。

开关频率选择20kHz ,这样设计一方面可以减小IGBT的关断损耗，另一方面又可以兼顾高频化，使功率变压器及输出滤波环节的体积减小。

对输出电流进行限制，是为了对电源当中的开关元件进行保护，以免出现超出过载承受能力的情况。因此，控制电路采用电压电流双环结构(内环为电流环，外环为电压环) ,调节器均为PID。图3 为控制电路的原理框图。加入电流内环后，不仅可以对输出电流加以限制，并且可以提高输出的动态响应，有利于减小输出电压的纹波。

图3　控制电路的原理框图

在本设计当中，大量运用了稳压和稳流的控制电路，图4为稳压稳流自动转换电路。其工作原理是：稳流工作时，电压环饱和，电压环输出大于电流给定，从而电压环不起作用，只有电流环工作;在稳压工作时，电压环退饱和，电流给定大于电压环的输出，电流给定运算放大器饱和，电流给定不起作用，电压环及电流环同时工作，此时的控制器为双环结构。这种控制方式使得输出电压、输出电流均限制在给定范围内，具体的工作方式由给定电压、给定电流及负载三者决定。

以缩小体积增长效率为目的，本设计采用了软开关的技术，电源实际容量为60kw高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS 控制方式,它利用变压器的漏感及管子的寄生电容谐振来实现ZVS。控制芯片采用Unitrode 公司生产的UC3875N。通过移相控制，超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关，滞后桥臂在75 %以上的负载范围内实现了零电压软开关。

在电镀用电源设计当中，采用了移向全桥的软开关电源技术。这样做不仅减少了开关的损耗和噪声，还让功率器件得以在零电压的状态下实现软开关。从主电路拓扑到控制电路的设计，本篇文章对电镀用电源的设计进了全面细致的讲解，不乏是一篇具有极佳参考价值的文章。