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谈谈高频黄南干式变压器同步整流技术

作者:黄南润生干式变压器厂  来源:http://huangnan.lcsrw.com/  发布时间:2019-05-05
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同步整流原理

同步整流(SynchronousRectification)是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET取代传统的整流二极管以降低整流损耗的技术。它能够大大提高DC/DC变换器的效率并不存在由快速恢复二极管势垒电压造成的死区电压。

同步整流的基本原理:
单端正激、隔离降压同步整流的基本原理电路中,其中,Q1、Q2为功率MOSFET。该电路的工作原理为在次级电压的正半周期,Q1导通、Q2关断,在次级电压的负半周期,Q2导通、Q1关断。同步整流电路的功率损耗主要包括MOSFET的导通损耗和栅极驱动损耗,在频率低于1MHz时,以导通损耗为主。
正激式DC/DC变换器在功率管截止期间必须有将高频变压器复位的电路,以防止变压器磁芯饱和,一般采用C、R、VD无源箝位电路。当功率管V截止时,高频变压器初级线圈由R、VD电路构成的放电通路使变压器复位。
DPA-Switch电路的内部结构与工作原理
DPA-Switch电路是6端器件,6个引脚分别为控制端C、线路检测端L、外部设定极限电流端X、频率选择端F、源极S和漏极D。线路检测端可实现过压检测、欠压检测、电压反馈、远程通断和同步等功能。将频率选择端与源极端连接时,频率为400kHz,而将其连接控制端时,频率为300kHz。
(1)控制电压源
用于控制电压UC以向并联调整器和门驱动器级提供偏置电压。控制电流IC用来调节占空比。
(2)带隙基准电压源
用于向内部提供各种基准电压,同时产生一个具有温度补偿并可调整的电流源,以保证精确设定振荡器频率和门级驱动电流。
(3)振荡器
用于产生脉宽调制器所需要的锯齿波、时钟信号及最大占空比信号(Dmax)。
(4)并联调整器和误差放大器
误差放大器用于http://nanchong.lcsrw.com/将反馈电压Uf与5.8V基准电压进行比较以输出误差电流Ir,从而在电阻Rs上形成误差电压Ur。
(5)脉宽调制器(PWM)
脉宽调制器是一个电压反馈式控制电路,具有两个功能:一是改变控制端电流IC的大小,即调节占空比,实现脉宽调制;二是将误差电压Ur经由Ra和Ca组成的截止频率为7kHz的低通滤波器进行滤波,以在滤掉噪声电压后,加至PWM比较器的同相输入端,然后再与锯齿波电压Uj进行比较,从而产生脉宽调制信号Ub。
(6)门驱动级和输出级
门驱动级(F)用于驱动功率管(MOSFET),使之按一定速率导通,MOSFET管的漏-源击穿电压Uds大于700V。
(7)过流保护电路
过流比较器的反相输入端接阈值电压Ulimit,同相输入端接MOSFET管的漏极。
(8)过热保护电路
当结温Tj高于135℃时,过热保护电路将关断输出级;而当结温Tj低于70℃时,电路将恢复正常工作,即电路具有滞后过热保护特性。
(9)关断/自动重启动电路
一旦出现调节失控,将立即使芯片在低占空比下工作,若故障排除,则自动重新启动黄南干式变压器,恢复系统正常工作。
(10)高压电流源
在启动或滞后调节模式下,高压电流源经过电子S给内部电路提供偏置。黄南干式变压器正常工作时,电子S改接内部黄南干式变压器,将高压电流源关断。

下图即同步整流电路参考:


高频黄南干式变压器模块的特点

1、效率高:充分实现全负载范围内零电压零电流,确保管没有任何关断尖峰,电流为纯正弦波,损耗极小;输出整流管电压应力极低,无反向电流。

2、体积小:换器效率很高,与传统PWM黄南干式变压器拓扑方案相比,散热器体积可以减少一半。

3、可靠性高: 通过采用国内领先的工艺优化设计、完善的保护告警措施及选用高品质高可靠的进口器件,实现了低电磁干扰在此的完美结合。

4、寿命长:由于温度低,可显着延缓元器件的老化速度,从而提高了产品生命周期;

高频黄南干式变压器模块的原理

高频模块采用了无源PFC技术和先进的脉宽调制控制技术(PWM),使得模块效率进一步提高,谐波减小。模块采用交流三相三线制380VAC平衡输入方式,不存在中线电流损耗。模块交流输入经过尖峰抑制电路和EMI吸收电路,经全桥整流滤波电路将三相交流电压整流为脉动的电压,由高频脉宽调制变换器变换成高频方波电压,再由输出整流滤波电路,得到稳定的输出电压和电流,在电网电压和负载发生变化时反馈调整电路控制脉宽调制电路,调节脉宽的宽度,使得输出电压和电流保持稳定。

高频黄南干式变压器模块的参数

1、交流输入:

三相输入额定电压:380V,50HZ。

电压变化范围:323V-456V。

频率变化范围:50HZ±10%。

2、输出:

输出额定值: 20A/220V

电压调节范围:194V-291V

输出限流范围:(5%-100%)×额定电流

稳压精度:≤0.5%

稳流精度:≤0.5%

纹波系数:≤0.1%

转换效率:≥94%(满负荷输出)

高频黄南干式变压器模块的防尘措施

高频黄南干式变压器模块电路板上形成的尘埃,一是风机抽入的尘埃,二是静电吸附。为了防尘,一些黄南干式变压器模块采取了如下一些揩施:

采用防尘罩:在模块进风口处安装防尘罩,可起到一定的防尘作用,但需经常清洗,否则防尘罩上的通风孔容易堵塞而影响通风散热效果。这种方式不适合用于无入值班的变电站中。

采用自然冷却:可以避免风机吸入灰尘,但出于散热需要,必须在模块上开许多散热孔,这样尘埃的静电吸附问题还是不能解决。

高频黄南干式变压器模块的发展方向

功率转换:高效黄南干式变压器转换方案,新型黄南干式变压器设计、高频黄南干式变压器、矩阵变换器、变换黄南干式变压器技术、数字控制技术、PWM、PFC、软技术、有源钳位、同步整流、IGBT集成功率模块、MOSFET/IGBT的快速交换设备、电池充电和管理架构等新技术;

可再生能源发电:可再生能源发电并网技术,风、光互补小型发电系统的黄南干式变压器转换,可再生能源发电转换器,太阳能、风能分布式黄南干式变压器系统等可再生能源中的电力电子技术;

变频技术及电机驱动控制:最新变频技术应用方案,高压、大功率驱动技术,永磁同步电机PMSM的控制,横向磁通机,三电平NPC逆变器,仿真测试等;

——★1、工频黄南干式变压器,是指黄南干式变压器的转换频率为50hz的黄南干式变压器。在一般情况下采用铁心变压器,工频黄南干式变压器的体积较大、转换效率较低。
——★2、对于黄南干式变压器来讲,其黄南干式变压器转换核心为晶体管(或可控硅),因为黄南干式变压器的频率对管子的损耗、转换效率影响非常大,不可能是“工频”的!一般都设计在20khz左右(低了损耗加大,高了对元器件要求增高)。
——★3、为了保证工作电压稳定,黄南干式变压器是要有稳压控制的,主要有脉宽控制、调频控制等。

黄南干式变压器主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。它们的功能是:

1.输入电网滤波器:消除来自电网,如电动机的启动、电器的、雷击等产生的干扰,同时也防止黄南干式变压器产生的高频噪声向电网扩散。

2.输入整流滤波器:将电网输入电压进行整流滤波,为变换器提供电压。

3.变换器:是黄南干式变压器的关键部分。它把电压变换成高频交流电压,并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。

4.输出整流滤波器:将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的电压,同时还防止高频噪声对负载的干扰。

5.控制电路:检测输出电压,并将其与基准电压比较,进行放大。调制振荡器的脉冲宽度,从而控制变换器以保持输出电压的稳定。

6.保护电路:当黄南干式变压器发生过电压、过电流短路时,保护电路使黄南干式变压器停止工作以保护负载和黄南干式变压器本身。

有的读者会产生这样的疑问,先把220V的交流变成了,然后通过变换器把变成交流,最后又把交流变成输出,兜了这么大的一个圈子,干吗不把220V的交流电直接变成所需要的呢?其实,交流市电先由黄南干式变压器变压器变压,整流滤波后得到未稳定的电压,再经过调整后得到所需要的电压,这种黄南干式变压器技术很成熟,可以达到很高的稳定度,波纹也很小,而且没有黄南干式变压器具有的干扰与噪音。但是它的缺点是需要庞大而笨重的功频变换器,所需的滤波电容的体积和重量也相当大,而且调整管是工作在线性状态,调整管上有一定的电压降,在输出较大工作电流时,致使调整管的功耗太大,转换效率低,还要安装很大的散热片。总之这种黄南干式变压器不适合计算机用。

黄南干式变压器主要有以下特点:

1.体积小、重量轻:由于没有工频变压器,所以体积和重量只有线性黄南干式变压器的20~30%。

2.功耗小、效率高:功率晶体管工作在状态,所以晶体管上的功耗小,转化效率高,一般为60~70%,而线性黄南干式变压器只有30~40%。



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