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當(dāng)前一些塑膠水電鍍廠的電源使用愈來(lái)愈廣，人們對(duì)其品質(zhì)哀告也愈來(lái)愈高。跟著半導(dǎo)體技能的行進(jìn)，電鍍電源漸漸向高頻高效化、大功率化展開(kāi)，使得電鍍電源存在更高的功率密度、快速的相應(yīng)才干以及更小的體積。但慣例PWM變卦技能是一種硬開(kāi)關(guān)模式，開(kāi)關(guān)破耗大、器件溫渡過(guò)高等嚴(yán)重限制了開(kāi)關(guān)電源工作頻率的前進(jìn)，已經(jīng)無(wú)奈愜意哀告。軟開(kāi)關(guān)技能存在高漲電力電子器件開(kāi)關(guān)功耗、前進(jìn)開(kāi)關(guān)頻率、高漲電磁煩擾、改進(jìn)器件的工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，是近一0年來(lái)國(guó)際電力電子范圍研討的搶手。因此，采用軟開(kāi)關(guān)技能研討大功率高頻軟開(kāi)關(guān)電鍍電源是電鍍工藝展開(kāi)的肯定。
一 大功率電鍍電源軟開(kāi)關(guān)技能的分類
大功率高頻電鍍電源理論上是一種低壓大電流的整流安放。通常采用PWM DC—DC移相全橋變卦器拓?fù)洹?/p>
因?yàn)镻WM DC—DC移相全橋變卦器的超前橋臂只能實(shí)現(xiàn)ZVS，而滯后橋臂大約實(shí)現(xiàn)ZVS和ZCS，大約將PWM DC—DC移相全橋變卦器的軟開(kāi)關(guān)法子分為兩類：
(一)ZVS法子：零外形工作在恒流模式，超前橋臂和滯后橋臂均實(shí)現(xiàn)ZVS，失當(dāng)于電力MOSFET;
(2)ZVZCS法子：零外形工作在電流復(fù)位模式，超前橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS，滯后橋臂實(shí)現(xiàn)ZCS，失當(dāng)于IGBT。
2 ZVSPWM DC-DC移相全橋變卦器
根柢ZVS PWM DC—DC移相全橋變卦器，用變壓器的漏感或原邊串連電感和功率管的寄生電容或外接電容來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。它的電路布局如圖一所示。它是一種存在精良功能的移相全橋變卦器，兩個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)管均在零電壓軟開(kāi)關(guān)條件下運(yùn)行，開(kāi)關(guān)破耗小，而且存在布局繁冗、電源小型化、高頻化的展開(kāi)趨向。可是移相全橋ZVS變卦器存在滯后橋臂ZVS實(shí)現(xiàn)比較困難、副邊占空比喪失和整流橋寄生振蕩等標(biāo)題問(wèn)題。針對(duì)上述標(biāo)題問(wèn)題，外洋外文獻(xiàn)提出了形形色色的拓?fù)潆娐贰?/p>
一)實(shí)現(xiàn)滯后橋臂ZVS、減少副邊占空比遺失
ZVS PWM DC—DC移相全橋變卦器的滯后橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS比較困難，非常是滯后橋臂開(kāi)關(guān)管在輕載下難以實(shí)現(xiàn)ZVS，使得它不失當(dāng)使用于負(fù)載大領(lǐng)域變化的場(chǎng)合。為了讓滯后臂實(shí)現(xiàn)ZVS愈加繁雜，需要增大原邊電流。原邊電流的增大大約靠增加勵(lì)磁電流(主變壓器加氣隙，減小勵(lì)磁電感)，或增大漏感(或外加的諧振電感)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但上述體式花色均會(huì)增加占空比的遺失。大約創(chuàng)造占空比遺失與ZVS軟開(kāi)關(guān)條件存在矛盾，所以諧振電感Lr的大小需要折中決定。
為了實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)的同時(shí)又能減小副邊占空比遺失，可采納以下方式：
(一)將移相ZVS變卦器中的線性諧振電感改用飽和電感。如圖2(a)所示。飽和電感的個(gè)性是：當(dāng)來(lái)到飽和時(shí)，示意為一個(gè)很大的電感;當(dāng)其進(jìn)入飽和外形時(shí)，又示意為一個(gè)很小的電感。但該電路不足的地方即是飽和電感以很高的頻率在正負(fù)飽和值之間切換，磁芯破耗會(huì)很大，溫度也會(huì)很高。
(2)在滯后臂增加施舍電路改進(jìn)滯后臂開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)環(huán)境，其根柢體式花色是給滯后臂并聯(lián)一施舍諧振電路，獨(dú)霸施舍諧振電路中的電感救助漏感實(shí)現(xiàn)滯后臂開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)，使其在等閑負(fù)載和輸出電壓領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，而且大大減小占空比遺失。圖2(b)增加了一個(gè)LC電路，泄電感和施舍電路的電感電流同時(shí)給并聯(lián)電容充放電，從而在較寬的負(fù)載領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)滯后橋臂的ZVS。
2)克制整流橋寄生振蕩
關(guān)于克制整流橋寄生振蕩的緩沖電路，外洋外文獻(xiàn)提出了種種電路拓?fù)洌旅娼榻B常用的RC緩沖電路和積極鉗位緩沖電路。
(一)RC緩沖電路。在圖3(a)中，增加一個(gè)由Rs和Cs組成的串連歧路別離并聯(lián)在四個(gè)整流管的兩端。獨(dú)霸二極管上的并聯(lián)RC歧路起鉗位作用，而且電容Cs的電荷都監(jiān)管在電阻Rs上。因此，這種排匯網(wǎng)絡(luò)是有破耗的，相等于把整流二極管的關(guān)斷破耗轉(zhuǎn)移到了RC緩沖電路上，因此無(wú)益于前進(jìn)變卦器的遵命。
(2)積極鉗位緩沖電路。圖3(b)是一種積極鉗位電路，它由鉗位開(kāi)關(guān)管VTs、鉗位二極管VDs和較大容量的鉗位電容Cs組成。這種緩沖電路也大約將整流橋上的電壓鉗位在一個(gè)妥當(dāng)?shù)碾妷褐怠Ｒ驗(yàn)樵摼彌_電路中不有電阻，而且VTs哀告是零電壓開(kāi)關(guān)，因此不有破耗。但它增加了一個(gè)開(kāi)關(guān)管，因此也增加了一套管制電路和驅(qū)動(dòng)電路，也就增加了電路的復(fù)雜性。
3 ZVZCS PWM DC-DC移相全橋變卦器
獨(dú)霸飽和電抗器Ls和隔直電容Cb所實(shí)現(xiàn)的零電壓、零電流全橋移相PWM軟開(kāi)關(guān)變卦電路是ZVZCSPWM電路中使用最遍及的一種。如圖4所示，C一和C2別離為功率開(kāi)關(guān)管VTW一和VTW2的并聯(lián)電容，Lk為變壓器的泄電感。它繁冗、高效、繁雜實(shí)現(xiàn)，而且在很寬的負(fù)載變化領(lǐng)域內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，非常適用于以IGBT作為功率器件的中低電壓大電流輸出的場(chǎng)合。
ZVZCS移移相全橋變卦器滯后臂軟開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)在于使原邊電流復(fù)位。實(shí)現(xiàn)電流復(fù)位的體式花色有許多種，大約思索在變壓器原邊或副邊加施舍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全橋ZVZCS移相變卦器按照施舍電路職位分為兩類。第一類變卦器的施舍電路位于主變壓器一次側(cè)，經(jīng)由引入一個(gè)阻斷電壓源，在續(xù)流時(shí)期將原邊電流復(fù)位至零。第二類變卦器的施舍電路位于二次側(cè)，經(jīng)由引入反向阻斷電壓源并反射到原邊，實(shí)現(xiàn)續(xù)流時(shí)期對(duì)原邊電流的復(fù)位。
一)原邊施舍電路型ZVZCS典型拓?fù)湓吺┥犭娐沸蚙VZCS典型拓?fù)浯蟮钟幸韵聨追N：
(一)在原邊串連阻斷電容和飽和電感。如圖4所示。在原邊電壓過(guò)零時(shí)期，將隔直電容上的電壓作為反向阻斷電壓源，使原邊電流火速?gòu)?fù)位，為滯后臂開(kāi)關(guān)管創(chuàng)作發(fā)明零電流開(kāi)關(guān)條件，并獨(dú)霸飽和電感在退飽和地區(qū)阻抗極大的個(gè)性堵截阻斷電容反向電流。此種體式花色使用最遍及，但也存在一些不足，飽和電感的操持和磁性元件的決定比較困難，飽和電感工作在飽和到不飽和的瓜代中，磁芯發(fā)熱嚴(yán)重。而且若飽和電感按照最大輸出電壓操持，在低壓輸出時(shí)，副邊占空比遺失較為嚴(yán)重。
(2)在滯后臂開(kāi)關(guān)管歧路上串連二極管，以二極管反向阻斷個(gè)性來(lái)阻止電流反向運(yùn)動(dòng)。與圖4所示原邊串連飽和電感的電路角力算計(jì)，圖5所示的電路最明了的優(yōu)點(diǎn)即是不有飽和電感，因此高漲功耗，同時(shí)占空比遺失減小，也有助于倒退占空比。可是這種電路也引入了新的標(biāo)題問(wèn)題，如串連在滯后臂的二極管在大功率變卦器中要流過(guò)較大電流，其開(kāi)關(guān)雖是ZCS，導(dǎo)通破耗卻不可忽略。
(3)原邊串連雙向有源開(kāi)關(guān)。在原邊串連雙向有源開(kāi)關(guān)來(lái)阻止反電動(dòng)勢(shì)形成的反向電流。該電路當(dāng)前很罕有到理論使用。此外，因?yàn)橛性雌骷拇嬖冢黾恿斯苤茝?fù)雜性。
2)副邊施舍電路型ZVZCS典型拓?fù)涓边吺┥犭娐沸蚙VZCS典型拓?fù)浯蟮钟幸韵聨追N：
(一)副邊加繁冗施舍網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)滯后臂ZCS的拓?fù)洌鐖D六所示。該電路獨(dú)霸兩只二極管和一只電容形成的繁冗施舍電路實(shí)現(xiàn)了滯后臂零電流開(kāi)關(guān)，獨(dú)霸副邊排匯電容Cs上的電壓作為反電動(dòng)勢(shì)作用在原邊，使得原邊環(huán)流衰減至0，整流二極管關(guān)斷，副邊排匯電容不再反射到原邊，而是對(duì)負(fù)載供電。因此環(huán)流不會(huì)反向增加。此電路繁冗，解決了電流復(fù)位和副邊整流二極管電壓尖峰排匯的標(biāo)題問(wèn)題，且不耗費(fèi)很大的能量，遵命高，占空比喪失小，因此該電路存在很高的適用價(jià)格。但該電路增加了功率開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力，超前臂實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)變得困難(或出現(xiàn)超前臂硬開(kāi)通景象)，Cs值選取困難。
(2)獨(dú)霸附加繞組實(shí)現(xiàn)滯后臂ZCS的拓?fù)洌岢隽艘环N獨(dú)霸附加繞組的拓
撲新思緒，如圖七所示。該電路在能量傳輸階段由附加繞組給鉗位電容充電，鉗位電容在原邊電壓降落至低于其上電壓時(shí)鉗住了原邊電壓，使環(huán)流衰減。環(huán)流衰減至0后，副邊繞組的整流二極管關(guān)斷，環(huán)流不會(huì)反向增加。該電路元件較少，可是也存在一些標(biāo)題問(wèn)題。如副邊排匯電容不能同時(shí)用于副邊整流二極管電壓尖峰的排匯。而且附加繞組增加了變壓器的復(fù)雜性，直接限定了該拓?fù)湓诖蠊β蕡?chǎng)合的使用。
(3)副邊有源鉗位實(shí)現(xiàn)滯后臂ZCS的拓?fù)洌鐖D8所示。在能量傳輸時(shí)有源開(kāi)關(guān)管VTs導(dǎo)通，電容Cs充電，同時(shí)對(duì)二極管電壓尖峰有鉗位作用。超前臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷后，原邊電壓降落至低于電容電壓，副邊有源開(kāi)關(guān)管的反并二極管VDs導(dǎo)通，原邊電壓被電容鉗位。今后工作進(jìn)程與副邊繁冗施舍網(wǎng)絡(luò)電路相同。
因?yàn)樯钲谒苣z電鍍加工廠使用了有源器件，與圖六所示的采用二極管的電路角力算計(jì)，破耗進(jìn)一步高漲。非常是在低壓大功率場(chǎng)合，有源鉗位的優(yōu)勢(shì)非常個(gè)體。可是該當(dāng)留神到，破耗的高漲是以管制復(fù)雜性增加為代價(jià)的。
4 結(jié)束語(yǔ)
為了進(jìn)一步提魁梧功率電鍍電源工作頻率、遵命、減小其體積，本文角力算計(jì)分析了大功率電鍍電源ZVS和ZVZCS PWM DC—DC移相全橋變卦器以及種種改進(jìn)電路的工作事理，探究了它們之間的分歧和各自適用的場(chǎng)合。
經(jīng)由分析可知ZVS移相全橋電路存在輕負(fù)載時(shí)滯后臂實(shí)現(xiàn)ZVS較困難、占空比遺失與軟開(kāi)關(guān)條件矛盾、整流管寄生振蕩等弊病，并針對(duì)各弊病提出了相應(yīng)的拓?fù)潆娐贰?/p>
ZVZCS移相全橋電路可在寬負(fù)載領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，但因?yàn)槠潆娏鲝?fù)位需要光陰，不繁雜實(shí)現(xiàn)高頻，且需要改進(jìn)滯后臂ZCS條件，本文從變壓器原邊或副邊加施舍電路兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)滯后臂ZCS。
