ZZG13高频开关整流充电装置1.概述高频开关电源是一种采用高频开关方式控制的直流稳定电源，和传统相控电源相比，极具优越性：⏹效率高：开关管工作在开关状态，功耗小。
⏹体积小：开关管功耗小，所需散热器小；开关频率高，磁性元件可以做得很小。
⏹重量轻：笨重的工频感性元件被小巧、轻便的高频元件部分替代，因而重量也轻。
⏹性能好：稳压、稳流、纹波等技术指标高。
高频开关电源正广泛地应用于各行各业。
2.高频开关电源模块主回路、反馈控制回路的工作原理高频开关电源模块主回路的组成一般包含AC-DC、DC-AC、AC-DC三种功率变换。
具体来说，常包含输入、输入EMI滤波、输入工频整流（一次整流）、输入整流滤波、高频逆变、变压器隔离、输出高频方波整流（二次整流）、输出滤波、输出等部分。
反馈控制回路常包含给定电路、采样电路、调节电路、控制电路、驱动电路等几部分。
图1为一种常用高频开关电源模块的电路结构图。
图1 高频开关电源模块电路结构图1.1 主回路高频开关电源主回路各组成部分可根据实际需要灵活组合，为简化控制的复杂性，回路中包含的变换级数在不同的实用电路中亦可不一样，如在图1所示电路的一次整流后加一级有源功率因数校正APFC（Active Power Factor Correction）控制的DC-DC 变换，可使模块获得极高的功率因数。
主回路中各组成部分具有各自的功能，以下为图1所示主回路各组成部分的主要功能：⏹输入EMI：滤除交流电网中的电磁干扰分量，给模块提供干净的交流输入，阻断模块产生的干扰反向传输，以防模块污染电网。
⏹一次整流：将交流输入不加控制地变换为脉动直流。
⏹一次滤波：将一次整流的脉动输出平滑为高频逆变的直流输入，对三相交流输入电源来说，在一次整流后串入电感量很大的电抗器，还能很好的起到无源功率因数校正的作用，可使输入功率因数接近0.95。
⏹高频逆变：将直流变换为脉冲宽度可调的高频脉冲波，以便用体积小、重量轻的高频变压器耦合到输出，以完成整流器输出的隔离、可调。
⏹高频变压器：将高频脉冲波隔离、耦合到输出。
⏹二次整流：将高频交流脉冲波整流为直流脉冲波。
⏹输出滤波：将直流脉冲波平滑为直流输出。
⏹输出EMI：滤除直流中的干扰分量，给负载提供干净的直流电源，且防止输出端反向干扰模块。
1.2 反馈控制回路高频开关电源模块中的反馈控制回路常采用“输出电压/电流反馈”的PID调节，以达到稳压/稳流以及高性能输出的目的。
其控制过程如下：采用UC3846为核心构成的全桥串联谐振软开关技术。
控制方式为“逐周波峰值电流检测模式”，通过采样输出电压、电流来与设定的电压、电流值进行PID调节、运算，输出误差放大信号，该信号与控制芯片的振荡三角波进行比较，产生脉冲宽度可调的控制脉冲信号，脉冲信号经驱动电路驱动高频逆变电路中的开关管，达到模块电压/电流的稳定输出。
4.软启动技术软启动技术是为了限制电路中出现过大的电压/电流冲击造成模块内元器件的损坏或对其它设备造成不良影响而采取的一种限制模块内电压变化率和电流变化率的技术。
在高频开关电源模块中，常见的软启动有输入软启动和输出软启动。
⏹输入软启动：在高频开关电源模块的一次整流滤波电路中，含有大容量的滤波电容，如果直接启动将会出现很大的启动冲击电流，容易造成输入部件（主要是输入整流桥）的损坏和污染电网，为避免这些问题而采取的措施叫做“输入软启动”。
方法有多种，我们的办法是，在主回路的滤波电容前串入一个电阻和继电器并联的电路，在上电初始阶段继电器断开，经过限流电阻给电容充电至接近满电压值，再闭合继电器，启动主回路。
⏹输出软启动：因为在上电初期由于反馈电压还没有建立起来时，控制环为开环状态，如果不采取措施，输出的控制信号为最大值，输出的有效脉宽为100%。
此时输入侧的浪涌电流很大，同时在输出侧易引起输出电压过冲。
解决方法为在控制回路中，加入软启电路，软启电路的输出信号与反馈控制信号“线与”后作为UC3846产生PWM脉冲的控制信号（两个信号谁低谁起作用），开机后，软启信号从零开始按设定斜率上升，反馈控制信号从开机时的开环最大值随反馈信号的逐渐上升而下降。
在启动的开始段，软启信号起作用，使控制部分输出的有效驱动信号的脉宽从0%缓慢展开，输出电压/电流缓满升高，反馈信号也缓满升高，反馈控制信号缓满下降；当反馈控制信号低于软启信号后，软启完成，反馈控制信号起作用，进入正常的闭环运行状态，达到稳压/稳流输出。
这种由PWM控制的输出电压和输出电流的软输出特性一般由PWM控制芯片完成。
PWM控制芯片在每次启动时，其控制脉冲的宽度由零开始，按设定的速率增大至所需宽度，从而保证输出的软启动。
5.软开关技术对于高频整流模块，发展方向为高功率密度、高效率、小体积、高可靠性，同时要有很好的EMC措施。
这就要求模块要工作在很高的频率，同时减小开关状态时的损耗和开关噪声。
因此软开关技术成了高频整流模块领域所研究的主要方向之一。
我们所用的半导体开关器件，并不是我们所设想的理想开关器件。
在开关的过程中，半导体开关器件呈现变阻抗的特性，同时状态转化时是有时间的。
因此工作在开关状态时，存在电压和电流的重叠区，即开关损耗；存在电压和电流的振荡过程，产生大量的EMI噪声。
软开关技术所采用的方法一般是在半导体开关器件的两端通过辅助串联谐振或并联谐振回路使半导体开关器件在开关状态转换前，电压或电流谐振到零，再进行开关转换过程。
从而实现半导体开关器件在开关转换过程中，没有电压或电流的振荡过程，几乎没有电压和电流的有效重叠，进而很大程度上减少了开关损耗和EMI的产生。
典型的软开关技术有零电压开关技术ZVS（Zero Voltage Switching）和零电流开关技术ZCS（Zero Current Switching）。
⏹ZVS：在开关管承受电压为零时控制开关管导通。
⏹ZCS：在流过开关管的电流为零时控制开关管关断。
本公司ZZG13系列高频开关整流器采用的是，全桥串联谐振ZVS软开关技术。
利用高频变压器的原边漏感（Lr）、开关器件（IGBT）的结电容（Coss）分别充当“谐振电感”和“谐振电容”；利用4013产生的脉冲（根据UC3846输出的两路脉冲产生逆变桥所需要的另两路脉冲）与UC3846输出的对应脉冲间的时延以及两组脉冲间的“死区”时间提供“零电压”的“建立时间”。
在每个周期内“关断-开通”的转换过程中，谐振电感Lr与谐振电容Coss产生谐振释放储能，使即将开通的开关管承受的电压趋于零，创造了功率开关管的零电压开通条件。
即当主功率开关管的端电压（VDS）谐振到零时，开通该功率开关管，从而实现了功率开关管的零电压开通。
实现零电压开通ZVS的条件为：回路内参与谐振的等效电感的储能大于等于回路内参与谐振的等效电容达到所需电压的储能。
软开关的波形如下图(图中所示为零电压开通)：其中，VDS为功率开关管漏源电压；VGS为功率开关管栅源电压。
6.模块工作频率和主回路脉冲电压波频率及其关系模块工作频率（fs）是指模块主回路中主开关的工作频率，也就是前面谈到的“开关管工作周期（Ts）的倒数”即，fs=1/Ts；主回路脉冲电压波频率是指主开关电路输出的高频方波的频率。
它与主回路逆变部分的脉冲电压波频率相等。
高频变压器输出侧，经整流后的电压波的频率是模块工作频率的两倍。
各波形图如下：其中，VGS为主功率开关管的工作波形；VP为高频变压器原边的脉冲电压波形；VS 为高频变压器副边经全波整流后的脉冲电压波形。
开关频率提高，可减小感性器件的体积，以使模块体积小、功率密度大，也可在一定程度上提高输出精度；但开关频率提高时，开关损耗增大、效率可能降低、脉冲间“竞争冒险”的可能性加大、在一定程度上影响装置的可靠性，所以开关频率并不是越高越好。
本公司ZZG13系列高频开关整流器在综合考虑各项指标后，将开关频率选定在25K 左右。
7.直流输出短路保护原理高频开关电源模块一般具有直流输出限流和短路保护功能。
⏹采样直流输出的电流值，把其同设定值作比较输出状态量。
输出电流达到限流设定值时，由反馈控制电路控制模块进入限流工作状态。
⏹用“逐周波峰值电流检测模式”可充分实现短路保护：检测主回路的各个周期的电流值，使其参与控制环的工作，实行逐周波限流。
8.模块并机均流技术采用“低压差（15V以下）无主自动均流技术”，实现了多模块并机的输出电流自动平衡分担。
其工作原理如下：每个模块内部都有“输出电流采样电路”，该电路以相同的采样比例将输出电流大小转化为“采样电压”。
多模块并机时，该采样电压通过“并机均流总线”（即模块后面板上10针端子的CS端）并接一起，模块内部电路对每个模块的“输出电流采样电压”进行比较，取所有并联模块的“最大采样电压”作为“并机均流总线”的“基准电压V CS”。
“基准电压V CS”所对应的模块自然就是最大电流模块，我们称之为主模块，其他模块为从模块。
每个模块（包括主模块和从模块）内部，将自己的“采样电压”与“基准电压V CS”比较，并调节其脉冲宽度改变模块的输出电压，使每个模块的“输出电流采样电压”趋向于相等，从而达到均流的目的。
9.关键元器件说明许继集团有一套严密的“供货商选择评价体系”，所有外购件都要经过严格的入厂检验才能进入生产线，这从宏观制度上保证了外购元器件的质量。
Z ZG13系列高频开关整流器，所用到的关键元器件都是选用世界著名的、同行业中质量上乘的知名品牌，如：电解电容选用日本CHEMICON公司或NICHICON的105°C 长寿命电容；功率开关管选用德国SIMENS公司的IGBT(eupec商标)；快恢复二极管选用德国IXYS公司生产的超快恢复二极管模块；无感电容选用意大利ICEL专用无感电容。
这些优质关键元器件的选用从电路设计以外的另一个——硬件方面保证了产品的长寿命和高可靠性。
