RTTHF谐振变比技术介绍.docVIP

高频开关电源恒功率整流模块 必威体育精装版的谐振变比（RTT-HF）技术 原著：David James 编译：冯红林  摘要：现代电信设备要求开关电源具备良好的半载工作效率、较宽的直流输出电压和恒功率输出特性。 本文着重研究典型的含功率因数校正设计的整流模块所采用的各种AC电压变换方式，这些变换方式采用不同的隔离式DC-DC变换电路，通过计算可以分析出各种变换方式在高频交流源阻抗上所产生的传导损耗。 当高频交流源电压变换范围由n:1增至n:1.45时，要求传导损耗最小化。假设开关损耗被忽略不计，就会发现脉宽调制技术（PWM）和串联谐振技术都远不能满足此要求。 本文介绍的DC-DC变换电路中，采用一个可连续调节变比的电子式变压器，它既没有滑动的机械触点，也没有饱和的磁芯。 这项发明技术已最终商业化，被研制成2900W/48V整流模块。该模块输出电压范围为40V~70V，在48V~70V内为恒功率输出，在54V半载情况下，效率高于91.5% 。 前言 现代电信设备工作电压为24V或48V，其主要组成部分为数字逻辑电路，它们需要+5V和±12V的电源。电信设备内部的二次电源模块负责提供以上直流低电压，对一次电源（24V/48V）而言，二次电源转换器表现出恒功率负载特性。通常二次电源的输入电压范围是43~56V，与阀控铅酸蓄电池的充电特性相匹配，考虑到总体情况则要求整流模块输出电压可提升至65V以上，以满足对电池组的强充或备用要求。此外，整流模块在交流输入电压有较大变化范围（180V~270V）时，应能正常工作。 大多数情况下，整流模块的工作电压为54V左右，与电池的最优浮充电压相匹配，并且输出为满负荷电流的一半左右，以保证整流模块的冗余量和足够备用的充电电流。因此，提高整流模块半载状态时的工作效率，将带来长期的经济效益。 整流模块的输出结构 一个典型的开关型整流模块包括输入滤波器、含功率因数校正的AC-DC BOOST升压电路、储能电容、隔离式DC-DC变换电路和输出滤波器，如图1所示。 图1 典型开关型整流模块 由图1可看出BOOST升压电路的输出值恒定在420VDC左右，直流输出电压的变化和恒功率输出特性仅与DC-DC变换电路有关。 因此，以下仅集中讨论整流模块的DC-DC变换电路。 DC-DC变换电路的电压变换方式 图2 典型的DC-DC变换电路 典型的DC-DC变换电路由DC-AC交流源、隔离变压器、AC电压变换电路和输出整流滤波器组成。图2是各环节的排列（隔离变压器未标出）。所列的DC-AC交流源阻抗和电压值是换算至隔离变压器次级的等效值，变压器变比为6:1。 有多种方式可以控制输出电压变化。下面将分析比较串联变阻、串联谐振、脉宽调制、变比调节、谐振变比五种情况下，在DC-AC交流源阻抗Rs上所产生的传导损耗（假设恒定输出功率为2900W）。 以下是按照简化后的电路进行分析。对每种方式作严格的分析超出了本文的范围，也是没有必要的，如开关损耗、具体变换方式的控制等，这些都不会明显影响我们讨论的结果，故予以忽略。 串联变阻方式 图3 串联变阻方式 这种变换电路用来举例说明负载电流如何影响传导损耗，这种方式并不是一种实际应用的变换方法。 通过改变串联回路上的电阻Rc，使输出电压变化。表1是这种变换方式经计算出的交流源阻抗上的传导损耗。 PO 2900W 2900W 2900W VO 70.0V 58.0V 48.3V IO 41.4A 50.0A 60.0A RL 1.69( 1.16( 0.81( 控制单元阻抗 0.00( 0.24( 0.36( Ipeak 41.4A 50.0A 60.0A Irms 41.4A 50.0A 60.0A 传导损耗 17.2W 25.0W 36.0W 表1 串联变阻方式下，恒功率输出在三个 不同输出电压时所对应的传导损耗值 串联谐振方式 图4 串联谐振方式 这种方法，是通过改变交流源的频率，从而改变串联谐振回路的阻抗。利用串联元件的电抗特性来改变输出电压。 串联谐振回路只允许高频开关波的基波通过，直流输出是正弦基波的平均值。但流过AC交流源内阻上的是有效值电流，因此造成传导损耗增加。 PO 2900W 2900W 2900W VO 70.0V 58.0V 48.3V IO 41.4A 50.0A 60.0A RL 1.69( 1.16( 0.81( 控制单元阻抗 j0.00( j0.71( j0.76( Ipeak 65.1A 78.5A 94.3A Irms 46.0A 55.5A 66.6A 传导损耗 21.