基于一种低纹波开关电源设计

　　0 引言

　　某工程试验点火装置，为满足狭小空间下，不同阻值爆炸桥丝的引燃工作，要求纹波小、输出可调，体积小和高可靠的开关稳压电源。基本要求是输入AC220V，输出DC0～100V连续可调，最大输出电流100A，低频纹波Vrms≤O.1%，电压调整率≤0.5%，稳定度≤0.1%的开关电源。设计思想主要服从可靠、体积两方面要求。在综合分析了现有的软硬开关变换器电源技术后，采用了脉宽调制变换器的形式设计，好处是简单可靠。通过对电源的供电环节、反馈控制、吸收电路、元器件选取与制作以及工艺结构等方面优化设计，解决了大电流下的输出纹波大、输出大范围调节下电源稳定性差、炸管和振荡等问题，研制出了合格的电源。

　　l 电源主电路

　　电源主电路如图1所示。电源由输入电路、变换器、直流输出和控制驱动组成。输入电路包含抑制合闸浪涌的延时电路、EMI过滤器、单相整流器和滤波电容器组。变换器采用脉冲宽度调制“H”桥拓扑。高频变压器、桥式整流器、电感器和电容器组构成直流电压输出电路。控制电路利用PWM调节输出电压电流方案。

　　1)输入电路

　　输入电路由输入延时启动、EMI滤波器、桥式整流电路B1和滤波电容器组C1构成。延时启动使用继电器方式，以减小电源合闸瞬间对滤波电容器组C1的电流冲击。电容器选用CDE公司的DCMCE型逆变器专用输入滤波电容器。整流桥选择TECHSEM公司的MDQ75单相整流桥模块。由于电源每次工作时间很短暂及体积的限制，输入电路中没有加入功率因数校正电路。

　　2)变换器和驱动电路

　　变换器采用脉宽调制的“H”桥拓扑，它由四只IGBT(VT1一VT4)组成。工作时，其输出在1～60μs变化脉冲宽度。IGBT选用三菱公司的CM75BU一12H单相全桥模块，好处是每只IGBT开关特性的一致性好，无须考虑电路的平衡问题。对于驱动电路，目前集成驱动电路很多，由于它直接影响到IGBT可靠工作及可靠保护，经比较选用了POWERXE公司基于VLA502一02的两通道IGBT驱动模块BG2A。图2是VLA502—02的原理图，与常用混合驱动模块另一个同之处是它集成了DC/DC电源，无须再对每个驱动电路单独供电。实际使用表明，BG2A可靠性大大高于EX840等驱动电路，从未遇到过损坏。

　　变压器功率较大，铁氧体磁芯难以做到，采用了铁基纳米晶带材。与铁氧体材料相比，铁基纳米晶带材具有高饱和磁感应强度、高导磁率和低矫顽力，使变压器体积减小、频响更高、效率提高。同时，加工、安装方便、参数调整容易。由于IGBT作硬开关，工作频率高于1 5kHz时，开关损耗成为电源主要损耗，因此，变压器及变换器工作的频率设计为15kHz。输出整流二极管选用摩托罗拉MUR20020快恢复二极管。