一种基于三相PFC技术的智能高频开关电源设计

钱忠源

【摘 要】作为电力操作电源中的核心设备，智能高频开关主要负责将交流或直流供电按照实际需求转化成直流电。一直以来，智能高频开关电源的设计均是智能设计的重要内容，而随着电源开关设计技术的不断发展，三相PFC技术逐渐应用到了智能高频电源开关的设计中。基于此，论文提出了一种基于三相PFC技术的智能高频开关电源的设计方法，以此来提高智能高频电源开关的管理水平与使用水平。

【Abstract】As the core equipment of power operation power supply， the intelligent high frequency switch is mainly responsible for AC or DC power supply， which is converted into DC power according to the actual demand. For a long time， the design of intelligent high frequency switching power supply is an important part of intelligent design. And with the continuous development of power switch design technology， three-phase PFC technology is gradually applied to the design of intelligent high frequency power switch. Based on this， this paper puts forward a design method of intelligent high frequency switching power supply based on three phase PFC technology， so as to improve the management level and use level of intelligent high frequency switching power supply.

【關键词】三相PFC技术;智能高频开关电源;VIENA拓扑

【Keywords】three-phase PFC technology; intelligent high-frequency switching power supply; VIENA topology

【中图分类号】TN86                                      【文献标志码】A                                     【文章编号】1673-1069（2018）10-0125-02

1 引言

随着现代化社会的不断发展，智能产品的应用逐渐成为常态。电力行业作为关系着国计民生的重要行业，其智能化建设进程，直接影响着人们的生活水平以及整个社会的经济发展。近年来，三相PFC技术在智能高频开关电源设计中的应用越来越频繁，极大地提高了电源开关的应用水平与控制效果。基于此，本文对一种基于三相PFC技术的智能高频开关电源设计方法进行研究，具有重要的实践意义。

2 智能高频开关电源的设计原理及三相PFC技术的应用优势

2.1 智能高频开关电源的设计原理

智能高频电源的主要作用，是将三相交流电转化为220V直流电[1]。因此，为了确保高频电源的应用效果，在本文设计中对其进行了专门整合，首先将高频电源的功率设置成380V，之后利用三相转化法对功率因数进行校正，也就是将电压转换成220V的直流电，之后再利用D/C变换对电路输出进行有效控制。经过这种转化后，在实际应用中，三相PFC技术不仅可以矫正整个电源功率，而且还可以对电路输出进行控制。所以，基于三相PFC技术设计智能高频开关电源具有一定可行性，可以提高智能高频电源开关的使用性能。

2.2 三相PFC技术的应用优势

应用三相PFC技术设计智能高频开关电源的优势主要体现在以下几方面：第一，电源控制更加简单;第二，对开关的损耗较小，可以延长开关的应用寿命;第三，由于三相PFC技术采用的为电压分阻形式，因而其在电路的操作上也更加简单;第四，在功能的应用与处理上也相对简便，数据采集的准确性以及稳定性均更高[2]。

3 三相PFC技术的仿真设计以及应用

3.1 三相PFC设计原理

应用三相PFC技术进行智能高频开关电源的设计时，必须要设计专门的电路拓扑，以确保其应用效果。在本文设计中，采用VIENNA电路拓扑进行设计，此种电路拓扑不仅控制简单，三相之间能够互相解耦运行，同时，IGBT管之上的耐压，是全桥IGBT管的50%，因而开关损耗也相对较小。

在本文研究中，为了确保电路设计的简单性，以及功能应用的方便性，选择电阻分压的方式进行设计，这种方式也在一定程度上为采样的准确性提供了重要保障。首先，通过隔离运放传输数据，而UN是虚拟出来的中点，通过三片隔离运放。电流回路则采取电阻采样的方式，且三路电流的采样均采用隔离运放的方式，利用上桥壁上的三个IGBT驱动电压降低后来为每路进行供电，同样，下桥臂上的驱动电压进行降压之后，便可以为母线电压的采样隔离运放进行供电。

3.2 三相PFC的仿真设计

对智能高频电源开关进行三相仿真设计，是确保可以对电源实行总体性整合的关键。所以，在本文研究中，需要首先对电源展开三相仿真设计，具体从三相电源电压、VIENA整流拓扑与负载电流控制电路等方面展开分析。三相PFC仿真控制电路设计图。

3.3 电源损耗率控制分析

众所周知，开关的损耗会因为开关频率的增加而增加。首先，假设电源开关控制损耗率是25%，且MOS管可以承受的最大电压是350V，开关闭合瞬间的电流设为输出电流，那么电源控制的各个过程中电源损耗的计算公式如下所示：

①开关断开过程损耗的计算公式，如公式（1）至公式（3）所示：

根据以上分析可知，电源开关的整个过程中，电源的损耗率是8.88W。

4 电源D/C变换设计

4.1电路设计

在本文设计中，为了确保所设计电源可满足基本电源的应用要求，对该电路展开了D/C变换设计，D/C变换电路的设计图经过变换之后，电路的损耗率会降低，且整个电路的输出符合电源开关管理的实际需求。在实际设计中，安装了反光二极管，以此来实现对整个开关的控制。同时，安装了继电器对电路进行保护，并提高了电源的转换率。

4.2 IGBT驱动回路设计

因本文在设计时，采用的是全桥形式，这种情况下若再采取脉宽调制策略，那么IGBT管的下管驱动便会高出一半的占空比，而上管则会不足一半占空比。鑒于此，IGBT管的上管与下管的驱动应采用不同的驱动方式，上管应采取成熟的驱动电路，而下管驱动则应首先利用ADUM2210进行数字隔离，之后再利用UCC27524D进行直接驱动，最后利用串联电容以及TVS管的并联电路，产生较小的负偏电压。

5 基于三相PFC技术的智能高频开关电源设计的验证

为了确保本文设计的智能电源能够满足实际应用，在本文研究中，需要利用后续的规划分析对所设计的智能开关电源进行验证，以确保其可以满足实际应用需求，真正发挥出应具备的管理作用。本文设计中应用的双环控制策略，可以确保输入电流准确地跟踪输入电压，同时电流波形的正弦度也比较高。为了验证本文设计电源开关的动态调节性能，本文进行了突然加载与突然减载的仿真分析，进行突然加载的仿真分析时发现当负载从500W突然加大到6kW时，并未对输出电压造成较大波动，且调节时间也比较短，进网电流的波动也比较小。在突然减载时，发现当负载从6kW突然降低到500W时，输出电压以及进网电流的波动均比较小，且调节时间也比较短。由此可知，本文设计的智能高频电源开关具有良好的动态调节性能，突然加载或者突然减载均不会对输出电压、进网电流产生较大影响，稳定性较高。

6 结论

通过本文研究可知，基于三相PFC技术的智能高频开关电源设计具有很好的可行性，不仅操作简单，且输出电压稳定性较高，整个电路的控制性与动态调节性能均比较好。因此，在智能高频开关电源的设计中，应积极应用三相PFC技术，以此来不断提高智能高频开关电源的使用性能与管理水平。

【参考文献】

【1】毕恩兴.智能高频开关电源系统中整流模块的功能设计[J].现代电子技术，2011，34（16）：189-191.

【2】张育勋.智能变电站中高频开关电源技术应用[J].建筑工程技术与设计，2017，13（20）：121-123.