1引言
随着微机在电力系统中的推 广应用，相应对直流电源也提出了更高的要求 ，于是高频开关电源开始被电力系统所采纳。 目前国内所生产的高频开关电源模块，单机功 率普遍小，用于小容量直流系统，性能价格比 绝对占优势，可靠性也比较高。而对于大容量 直流系统，就必须并联许多模块，这样一方面 使直流系统的可靠性大大降低，另一方面使造 价升高，在市场竞争中，便无优势可言了。在 这种形势下，就需要单机容量大的开关电源， 本文介绍的开关电源，正是为此而设计的。
2控制电路
本电源控制电路采用的是 MOTOLOLA公司生产的TL494芯片，其内部结构方框图如 图1所示。
TL494是一个固定频率的PWM控制电路 ，适用于设计所有的（单端或双端）开关电源 典型电路，其主要性能如下：
1）输入电源DC7～40V，可用不稳压电 源作输入电源，从而使辅助电源简化。TL494末级 两只功率管在7～40V范围内工作时，最大输出电 流可达250mA。因此，其负载能力较强，即可按 推挽方式工作，也可将两路输出并联工作，小 功率时可直接驱动。
2）内部有5V参考电压，使用方便， 参考电压短路时，有下垂保护特性。
3）内部有一对运算放大器，可作反 馈放大器及保护之用，控制很方便。
4）在高频开关电源中，输出方波必 须对称，在其它一些应用中，又需要方波人为 不对称，即需控制方波的占空比，通过对TL494第 4脚（死区时间控制端）的控制，即可调节占空 比，还可作输出软启动保护用。
5）可以选择单端，并联及交替三种 方法输出。
对照图1可以看出TL494芯片的脚1及脚2为 运算放大器输入，本电路作电压反馈，脚1为反 馈输入，脚2在脚14上通过电阻从内部基准电压5 V取分压，作为与脚1比较的基准。脚3为补偿校 正，为PWM比较器输入，接入电阻及电容可以抑 制振荡。脚4为死区控制，加在脚4上的电压越 高，死区宽度越大。当其接地时，死区为零， 即全输出，当其接5V时，死区最大，无输出脉 冲。利用此特点，在脚4与脚14间接一电容，可 达到输出软启动的目的，还可以做短路保护用 。脚5及脚6为振荡器的接地电容，电阻，本电 路振荡器振荡频率为50kHz。脚14为内部参考电压 ＋5V。脚15及脚16为另一运算放大器输入，本电 路即作电流反馈用，又作电流保护用，不用时 ，可将脚15及脚16在与地短接。
3功率变换部分
本电路功率变换部分采用IGBT模 块，组成半桥式电路，如图2所示。此部分是开 关电源的核心，其性能的好坏直接影响整个电 源的性能与可靠性。
3.1主电路
经过三相全波整流后约560V直流电 压经输入滤波电容C2，C3分压，各 承受约280V电压。当V1的门极电压uG1达到一 定电平值时，V1导通，电容器C2经 过V1的漏极源极，变压器T的初级绕组 放电，给次级传递能量。当V1截止时，V2的 门极电压uG2也达到一定的电平值，使V2由 截止转为导通，电容器C3经T的初级绕组 及V2的漏极源极放电，给次级传递能 量。为了避免V1与V2同时导通造成直通故 障损坏V1和V2，必须要保证V1和 V2的门极驱动电压有一个共同截止的时间 ，称为控制脉冲的“死区”时间，要求“死区 ”时间必须大于V1和V2的最长导通 饱和延迟时间。
3.2RC缓冲电路
如图2所示，以V1为例，当V1截 止时，电容器C4通过R4充电，当V1导 通时，电容器C4经R4放电，RC缓冲电 路虽然消耗了一定量的功率，但却减轻了开关 管关断瞬间的电压应力。
选择RC电路必须要保证以下两点：一 是在开关管截止期间，必须能使电容器充电到 接近UDS电压；二是在开关管导通期间，必须使 电容器上的电荷经过电阻全部放掉。
3.3门极抗干扰箝位保护电路
如图2所示，并联在IGBT门极与发射 极之间的稳压管，极性相反，串联在一起使用 ，其目的是把门极正向电压限制在20V以内，负 偏压限制在15V以内，这样把加在门极的电压箝 位到预定电平，从而有效地消除了干扰在驱动 电路中产生的尖峰电压信号对IGBT的潜在危害。
4驱动电路
IGBT的门极驱动电路密切地关 系到其静态和动态特性。门极电路的正偏压UGS、 负偏压－UGS和门极电阻RG的大小， 对IGBT的通态电压，开关时间，开关损耗，承受 短路能力以及dv/dt等参数均有不同程度的影响。
设计驱动电路的一些注意事项如下 ：
1）连线长度应尽量减少与IGBT模块各 管脚的连线长度，尤其是门极引线的长度。如 果实在无法减少其长度，可以用小磁环或一个 小电阻与门极串联。这两个元件应尽量靠近模 块门极，它们可以消除寄生震荡。
2）精心布局器件尽量作到完全对称 ，连线尽量同长度并且尽量减短加粗，尽可能 用多股绞线。
3）泄放电阻在IGBT的门极与源极之间 ，应加11kΩ的泄放电阻。
4）正偏电压UGS的影响当UGS增加 时，开通时间缩短，因而开通损耗减少，UGS的 增加虽然对减小通态电压和开通损耗有利，但 是UGS不能随意增加，当增加到一定程度 后，对IGBT的负载短路能力以及dv/dt有不利影响， 本电路采用UGS=15V。
5）负偏电压－UGS的影响负偏 电压是很重要的门极驱动条件，它直接影响IGBT的 可靠运行。过高的dv/dt会产生较大的位移电流， 使门极源极之间的电压上升，并超过IGBT的门 极阈值电压，于是产生一个较大的漏极脉冲浪 涌电流，过大的漏极浪涌电流会使IGBT发生不可 控的擎住现象，为了避免IGBT发生这种误触发， 可在门极加反向偏置电压，本电路加－UGS=－ 12V。
6）门极电阻的影响门极电阻选用的 原则为，在开关损耗不大的情况下，应选用较 大的门极电阻，但当门极电阻增加时，IGBT的开 通与关断时间增加，进而使每脉冲的开通能耗 EON和关断能耗EOFF也增加，所以综合 考虑本电路采用51Ω。
5功率变压器
功率变压器是开关电源的“ 心脏”，它的选材、计算及绕制方法等，将关 系到所设计开关电源的成败及性能的好坏，必 须给予高度重视。无论是处于主充还是浮充状 态，当电网输入电压最低，稳压电源输出满载 时，变压器必须仍能满足稳压系统的正常工作 。
6滤波电路输出电感的设计
设计一个合理的输出电感， 不仅可以使开关电源的体积减小，节约原材料 ，使之具有市场竞争力，而且更重要的是，它 既可以存储能量，以便在开关功率管截止或“ 死区”时间内，能够给负载提供连续不断的电 流；又能使输出的直流电压更平滑，使输出电 压纹波能够达到比较理想的指标。
为了使滤波效果显著，可以增加线 圈的匝数，为了减少热效应和趋肤效应，线圈 绕制时采用多股铜线并绕或采用紫铜带绕制， 层与层之间用0.1mm厚的高强度聚脂薄膜绝缘。所 有绕组均要紧密绕制并做浸漆处理。
7最大电流法自动均流
本电源可以多机并联同时运 行，并联方式采用自动设定主模块和从模块的 方式，即在N个并联的模块中，输出电流最大的 模块，将自动成为主模块，而其余的模块则为 从模块，它们的电压误差依此被整定，以校正 负载电流分配的不均衡，又称为“自动主从控 制法”。具体实现由单片机部分来完成，如图 3所示。
在图3中，均流母线上的电压Ub反映 的是并联各模块中的最大值。由于二极管的单 向性，只有对电流最大（电压最高）的模块， 二极管才导通，a点电压方能通过它与均流母线 相连。设正常情况下，各模块分配的电流是均 衡的。如果某个模块电流突然间增大，成为N个 模块中电流最大的一个，于是其输出电压最高 ，该模块便自动成为主模块，其它各模块成为 从模块，这时候，Ub=Uimax，而各从 模块的Ui与Ub(即Uimax)比较，通 过调整放大器调整基准电压，自动实现均流。 需要说明的是，由于二极管总有正向压降，因 此，主模块的均流会有误差，而从模块的均流 则是较好的。
8设置保护
开关电源在工作中，尤其是 大功率的，当有异常现象发生时，能否实现自 身保护，将决定它的可靠性和是否具有适用性 。本电源设有输入过压、输入欠压、输出欠压 、温度、及过流保护。各种保护均通过单片机 进行分析处理，大大提高了保护动作速度，从 而避免了采用模拟电路实现保护所造成的动作 速度慢的问题，电源的可靠性就自然而然地提 高了。此种保护模式，很容易解决主逆变桥共 态导通的问题。有故障时，保护动作，电源没 有输出，当故障消失后，电源自动恢复工作。
9主要技术指标
交流输入电压三相380（1±20％ ）V50Hz不分相序
输出直流电压0～300V
输出直流电流0～20A
稳压稳流精度≤0.01％
效率≥95％
运行方式100％连续
10结语
通过采用IGBT功率模块研制的 大功率开关电源，不仅电源体积减小，电路简 单，而且成本下降、性能可靠、维护方便、操 作简单。
参考文献
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[5]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北 京:电子工业出版社,1998.
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