新型无污染大功率开关电源

高频开关电源技术带来的“20KHz电源技术革命”，不仅在直流稳压电源领域占据了主导地位，在许多工业电源领域如电焊机、高频感应加热、航空电源、激光电源等领域，也得到了广泛的应用和迅速的发展。开关电源的大量应用，特别是大功率开关电源的应用，给电网带来了电磁污染的问题，制造了大量的高次谐波和电磁干扰(EMI)。其原因一是由于硬开关的PWM调节方式，电子开关速度很快(ns数量级)在高电压下导通，大电流下关断，导致很高的du／dt和di／dt，产生很强的尖峰脉冲，对周围环境造成电磁干扰。原因之二是开关电源的输入端采用二极管整流，后接较大的滤波电容，导致输入电流为一很窄的脉冲波，含有丰富的谐波分量。据报道，单相谐波总畸变率(THD)可达100％以上，严重超过5％的国家标准和国际标准，如IEC 1000-10-3-2、IEEE 519、IEC 555-2、IEC 6100-3-2等。为此，许多功率因数校正变换器作为解决这一问题的最佳方法被研制出来了。 消除开关电源对环境的电磁污染，一是要采用软开关的PWM调节方式，二是在输入端增加功率因数校正器，这是目前一般采用的办法。其主要缺点是由于增加了一级校正器，因而控制复杂、成本高、效率低。为此，出现了所谓单级功率因数校正和变换装置，采用一级变换器同时完成功率因数校正和输出电压的调节。目前，这仅在输入电源为单相的变换器中实现，而且不是软开关，仍存在EMI；对于污染问题更严重的输入电源为三相三线的较大功率的变换器，则未见报道，同时，三相大功率的电磁污染治理问题也成为国际研究的热点之一。 本文提出的新型无污染大功率开关电源正是采用三相三线制输入电源，利用单级伪相移零电压零电流开关脉宽调制(PPS-ZVZCS-PWM)全桥变换器完，成功率因数校正(PFC)和输出电压快速调节、隔离的双重功能，并且该变换器开关管在零电压或零电流下通断，显著的减小了EMI。该新型开关电源具有结构简单、易于控制、成本较低等优点，特别适合输出功率为几十千瓦并且要求输入输出隔离的直流电源系统工业。 本文详细分析了新型变换器的工作过程，推导了重要公式，并对主要参数进行了讨论。最后，对该新型无污染大功率开关电源进行了具体仿真和实验，验证了其可行性和有效性。