基于同步整流技术的大功率电化学电源设计

第３６卷第４期２０１７年４月

电工电能新技术

ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙ

Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１７

收稿日期：２０１６-０１-２９

基金项目：广东省应用型科技研发专项资金项目（２０１５Ｂ０２０２３８０１２）

作者简介：温先佳（１９９１-），男，广西籍，硕士研究生，主要研究方向为大功率电能变换技术；

杜贵平（１９６８-），男，甘肃籍，研究员，博士，主要从事电力电子分析与控制二大功率电能变换装置二电机与节能系统方面的研究三

基于同步整流技术的大功率电化学电源设计

温先佳，杜贵平，李治泳

（华南理工大学电力学院，广东广州５１０６４０）

摘要：介绍了一种基于同步整流技术的大功率电化学电源总体设计方案三在分析其工作模态的基础上给出了电源主电路的工作电压电流关系；设计了一种大功率水冷高频变压器，给出了详细的计算过程；为解决传统同步整流的自驱动方式由体二极管进行续流会降低整流效率的缺点，设计了在占空比丢失时保持ＭＯＳＦＥＴ导通整流的大功率的改进型同步驱动电路三最后制作了一台８Ｖ／

１５００Ａ的电化学电源样机，实验结果表明，驱动电路能够提供稳定的驱动信号，该电源满载效率达９３.２％，性能均达到电化学电源的要求三

关键词：同步整流；电化学电源；大功率高频变压器；驱动电路

中图分类号：ＴＭ９１０.２一一一一一文献标识码：Ａ一一一

文章编号：１００３-３０７６（２０１７）０４-００４５-０６

１一引言

由于所加工的对象的特殊性，一般要求电化学电源功率大，能够提供低电压二大电流的输出三相比于可控硅整流式电源，高频开关电源具有损耗低二效率高二体积小等优势，但在低压大电流的场合中，用于整流的二极管的管压降依旧阻碍了电源效率的提高［１］三同步整流技术的出现解决了这一难题，然而传统大功率同步整流电源的驱动电路不适宜多管并联使用，存在驱动能力不足二噪声干扰严重等问题，

影响同步整流管开关动作的稳定性［２］三

结合以上考虑，本文采用同步整流技术，从主电

路的工作模态分析入手，设计了一种适用于多管并联的改进型驱动电路方案三在此基础上制作了一台大功率电化学电源样机，额定输出功率为１２ｋＷ，电压０ ８Ｖ二电流０ １５００Ａ连续可调三该电源显著地提高了工作效率，增强了驱动信号的抗干扰能力，各项性能指标均满足行业要求三

２一电源主电路及其工作模态分析

考虑到零电压全桥ＤＣ／ＤＣ变换中开关管承受的电压电流应力小，开关损耗小，而且变压器磁心利

用效率高，容易实现大功率输出［３］，因此，本次设计选择ＺＶＳ移相全桥电路作为基本拓扑，如图１所示三该拓扑的功率主电路主要由三相交流输入二三相桥式整流器二输入滤波电感电容二全桥逆变电路二高频变压器二全波整流电路以及输出滤波电感电容组成

三

图１一移相全桥同步整流电路

Ｆｉｇ．１一Ｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｅｄｆｕｌｌｂｒｉｄｇｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔ

一个开关周期内，基于同步整流的移相全桥电路的工作过程可分解成１２个阶段，其中前６个阶段和后６个阶段工作状态基本一致三全周期的工作波形和上半周期的６个工作模态分别如图２和图３所示三在对其进行工作模态分析时作出如下合理的假设：①所有电路元件均处于理想状态，忽略整流管驱动电压之间的死区时间；②输出滤波电感ｎ２Ｌ远远大于变压器一次侧绕组的漏感Ｌｒ，相当于恒流源；

③开关管的并联谐振电容有Ｃ１＝Ｃ３，Ｃ２＝Ｃ４三万方数据