大功率电镀电源

概述

　　目前电镀电源应用越来越广，人们对其品质要求也越来越高。随着半导体技术的进步，电镀电源逐渐向高频高效化、大功率化发展，使得电镀电源具有更高的功率密度、快速的响应能力以及更小的体积。但常规PWM变换技术是一种硬开关模式，开关损耗大、器件温度过高等严重制约了开关电源工作频率的提高，已经无法满足要求。软开关技术具有降低电力电子器件开关功耗、提高开关频率、降低电磁干扰、改善器件的工作环境等优点，是近10年来国际电力电子领域研究的热点。因而，采用软开关技术研究大功率高频软开关电镀电源是电镀工艺发展的必然。

拓扑电路

　　基本ZVS PWM DC—DC移相全桥变换器，用变压器的漏感或原边串联电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现零电压开关。它是一种具有优良性能的移相全桥变换器，两个桥臂的开关管均在零电压软开关条件下运行，开关损耗小，而且具有结构简单、电源小型化、高频化的发展趋势。但是移相全桥ZVS变换器存在滞后桥臂ZVS实现比较困难、副边占空比损失和整流桥寄生振荡等问题。针对上述问题，国内外文献提出了各种各样的拓扑电路。

移相全桥变换器

　　利用饱和电抗器Ls和隔直电容Cb所实现的零电压、零电流全桥移相PWM软开关变换电路是ZVZCSPWM电路中应用最广泛的一种。如图4所示，C1和C2分别为功率开关管VTW1和VTW2的并联电容，Lk为变压器的漏电感。它简单、高效、容易实现，而且在很宽的负载变化范围内都能实现软开关，特别适用于以IGBT作为功率器件的中低电压大电流输出的场合。

　　ZVZCS移移相全桥变换器滞后臂软开关的实现关键在于使原边电流复位。实现电流复位的方法有很多种，可以考虑在变压器原边或副边加辅助电路来实现。

　　全桥ZVZCS移相变换器按照辅助电路位置分为两类。类变换器的辅助电路位于主变压器一次侧，通过引入一个阻断电压源，在续流期间将原边电流复位至零。第二类变换器的辅助电路位于二次侧，通过引入反向阻断电压源并反射到原边，实现续流期间对原边电流的复位。

软开关

　　为了进一步提高大功率电镀电源工作频率、效率、减小其体积，本文对比分析了大功率电镀电源ZVS和ZVZCS PWM DC—DC移相全桥变换器以及各种改进电路的工作原理，探讨了它们之间的差异和各自适用的场合。

　　通过分析可知ZVS移相全桥电路存在轻负载时滞后臂实现ZVS较困难、占空比丢失与软开关条件矛盾、整流管寄生振荡等缺陷，并针对各缺陷提出了相应的拓扑电路。

　　ZVZCS移相全桥电路可在宽负载范围内实现软开关，但由于其电流复位需要时间，不易实现高频，且需要改善滞后臂ZCS条件，本文从变压器原边或副边加辅助电路两个方面来实现滞后臂ZCS。