1．引言

　　曾為某軍用裝備輔助操作訓練，研制了一臺28V/100A三相供電式開關電源，工作性能良好。但是，由于部隊有時到野外訓練，租借民用電源，只有單相電源供電。每當這種時候，該開關電源就無法發(fā)揮輔助訓練的作用。為此，提出設計既適用單相，又適用三相供電的開關電源。

2．電源敘述

2．1 電源主要性能

　　電源的比較高輸出功率P0為2.8KW，輸出額定電壓U0為28V，設計工作開關頻率為20KHZ。

2．2輸入電路結構

　　為了盡可能簡化電路，在三相供電的控制方案基礎上，采用外帶變壓器的方法，實現單相供電。其原理電路如圖1所示。三相電源供電時，A、B、C分別接三根火線；單相供電時，增加一個附屬單相升壓變壓器，其原邊接至電源，A、B、C任意兩端接至單相變壓器付邊,利用原整流電路的兩對二極管作單相全波整流，另一對二極管與EMI電路斷開。

2．3主電路結構

　　從功率容量和盡可能降低開關電源裝置的損耗和制作成本考慮，主電路采用了主開關元件為IGBT的全橋PWM變換電路。電路如圖2所示。

2．4控制電路

　　PWM控制電路采用的是UC3846。其應用電路主要部分如圖3(a)所示，腳1所接R1、R2,決定初級限流值，并決定當過電流時器件是閉鎖還是重新運行。CS+和CS-兩端接過流信號，實施過流、過壓自動保護。EA+和EA-兩端是內部誤差放大器輸入端，接受來自輸出電壓和輸出電流的誤差信號，以實行導通/短開時間的控制，達到PWM占空比控制的目的。腳16SHUTDOWN端是封鎖輸出脈沖的接線端，接收過流、過壓封鎖信號，腳8和腳9外接決定開關頻率的電阻RT和電容CT。控制輸出端Bout（14腳）和Aout（11腳）分別接D觸發(fā)器的置“1”端和置“0”端，通過觸發(fā)器的延時翻轉，在滯后橋臂上得到滯后超前臂開關信號一些時間的開關信號，通過主電路的軟開關電路實現ZVS和ZCS。S1-S4是輸出到IGBT驅動電路的控制信號，如圖3(b)所示是一個IGBT的驅動電路。

3．電路參數計算

　　對元件和參數作一個計算。開關頻率及PWM控制脈沖寬度（占空比）是輸出穩(wěn)定性高低的關鍵，IGBT和高頻整流快速恢復二極管是電源工作恢復高低的關鍵。

3．1 開關頻率及占空比的計算

　　為了計算這兩個參數，先設計高頻變壓器的匝比為10：1。因為電源輸出電壓U0為28V，所以高頻變壓器輸入端的平均電壓US’應為280V。由DC-DC變換原理可知：Us，/ Ud =D/T， 而Ud=1.35UL，式中：UL---- 三相供電線有效值(380V),所以，D/T=280/513=0.545=0.55,由于是全橋式變換,所以每組開關的占空比Dp=D/2*T=0.2757T圖4-a所示為一組開關的工作波形示意圖。

　　綜合對電源可靠性要求高,對電源體積要求較高等因素,確定開關電源頻率為20KHZ,容易算出比較小死區(qū)時間為11.25µs。
　　可見，有這樣大的死區(qū)時間，可以保證在輸入電壓有較大波動情況下仍能使輸出穩(wěn)定不變。

3．2　IGBT的選擇

　　對IGBT的選擇，主要考慮正常工作時流過IGBT的電流有效值、平均電流和反向電壓Uces。因為象開關損耗發(fā)熱、工作條件嚴酷等因素都不能忽略，所以選擇時，其元件的參數應取2倍以上安全系數,。由于是全橋式電路，且高頻變壓器變比為10 : 1 ,次級輸出電流為連續(xù)的100A電流，所以流過變壓器初級電流平均值IL（av）應為10A，流過每個IGBT的穩(wěn)定電流波形如圖4-b所示，其電流計算如下：

　　因為　

　　所以IGBT的穩(wěn)態(tài)幅值電流為:

　　IGBT電流的有效值為：

　　在器件手冊中，給出的IGBT元件參數額定電流是直流連續(xù)平均電流，而在實際工作中，IGBT的過流損壞一般是熱效應引起的。所以綜合成本和可靠性問題，常常選IGBT的額定電流大于工作電流有效值IT兩倍以上。電路中，每個開關元件的工作電壓均為電源電壓Ud，即Uces=Ud=513V，所以IGBT的耐壓應選擇1000V以上。

3．3　 次級整流二極管的選擇

　　分析計算方法同IGBT的選擇。流過二極管的峰值電流180A，平均電流IDav=50A,有效值電流ID=95A，所以選擇IFav=200A,VRRM.≥100V的快速恢復二極管。

3．4　 輸入整流電路及附加單相升壓變壓器的確定

　　 因為由三相供電時，Ud=1.35UL=1.35×1.707×UP。為了保證單相供電時,開關電源輸出不變，顯然，此時須有Ud’= Ud=1.35×1.707×UP。由單相全波整流原理知,其整流輸出電壓Ud’是整流輸出電壓有效值UX的1.1～1.2倍.所以由上式有: ( 1.1～1.2)UX=1.35×1.707×UP,其中UP是相電壓。
　　所以,選擇整流電路，其耐壓值比三相時選高一些,同時,整流電流值也應比三相時大一些,一般選擇大三分之一即可。變壓器的匝比設計為1:2 即可滿足要求。

4． PWM電路的選擇

　　文章選擇UC3846雙輸出電流型PWM控制器集成電路。該電路在開關頻率為20KHZ時，其比較大占空比可達50%，所以它的控制是有效和穩(wěn)定的。

5. IGBT的驅動和保護

　　IGBT的工作是由其柵極電壓的正負來控制的,當UGE>0時,IGBT導通,當UGE<0時,(一般UGS≤-5V ),IGBT截止。考慮到它的特點和工作原理,選用了由正負雙電源供電的M57962L型專用驅動集成電路。該電路有內藏定時邏輯短路保護電路,并且有保護延時功能。驅動保護原理電路如圖3（b）所示。對IGBT除驅動電路本身提供的短路(過流)保護功能外，在IGBT上并聯(lián)RC緩沖支路和電源兩端并聯(lián)吸收電容也是效果明顯的方法。

6.結束語

　　本開關電源比較切合實際應用。因為整流電路的參數設計是按單相考慮的,用在三相供電時有充分的裕度,故使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠；用在單相供電時同樣能正常工作。這就解決了開關電源因供電電源局限的矛盾。用這種方法,亦可對現有的開關電源作改造,使其成為單相,三相均可供電的開關電源。