基于软开关双向DC/DC变换模块设计方案

新型软开关双向DC／DC变换器结构框图如图1所示，该变换器结构的前级是270V直流母线，本变换器由升压输出滤波电路、PS-FB-ZVS-PWM变换器、降压输出滤波环节、UC3875控制电路、驱动电路、反馈检测电路、辅助电源电路、保护电路、蓄电池充电控制电路、监控电路等部分组成。



图1 PS-FB-ZYX-PWM双向DC／DC变换器结构图
（1）升压电路。

升压电路主电路采用推挽电路设计，其电路如图2所示。



图2 升压电路主电路

推挽式变换器电路由两个正激式变换器电路组成，它们工作时相位相反。在每个周期里，两个晶体管交替导通和截止，在各自导通的半个周期内，分别把能量传递给负载，所以称之为推挽电路。

推挽变换器由推挽逆变器和输出整流、滤波电路构成，由于该种变换器提高了工作频率，故变压器和输出滤波器的体积均可减小。

输出整流电路有两种基本类型：

全波整流电路应用于输出电压较低的场合，这样可以减少整流电路中的通态损耗：

桥式整流电路应用于输出电压较高的场合，这样可以降低整流管的电压定额，本系统采用桥式整流电路。

推挽变换器适用于低压、大电流的场合，主电路简单，而且输入利输出隔离，驱动电路也较简单，在很多系统中得到了广泛的应用。

推挽电路中主要的元件包括：高频变压器、IGBT、整流二极管和输出滤波电容。

①高频变压器的设计。

变压器是开关电源中很重要的组成部分，它的好坏直接影响着输出电源的性能。变压器的设计包括变压器的结构、磁芯的型号、绕组的匝数等。

在单端反激式变换器电路和单端正激式变换器电路中，都只利用了磁滞回线的一半，因而导致了变压器的体积增大、结构松散，并且还要留出空气间隙。假定在推挽式变换器电路中，两只功率管导通的时间相同，这样，高频变压器的＄ˉH磁滞回线的全部都可以得到利用。因此，磁芯的体积将减少到单端变换器电路的一半，并且不需要留空气间隙。

变压器的体积V可由下式决定：



②磁芯材料的确定。

变压器工作在高频状态，对磁芯的要求是：饱和磁感应强度高，损耗小，导磁率在适用频率范围内不减小，居里点高，饱和磁感应强度随温度的升高而下降不大。所以选择铁氧体磁芯，牌号R2KB。它的磁饱和感应强度0.5T（250C），通常取变压器的最大磁感应强度为0.21T，以防止电压、电流等工作参数变化时造成磁芯饱和。因此，选择EE型磁芯。

③磁芯型号的确定。

本装置中变压器工作频率为30kHz，输出功率为Po＝7.5KW，设变压器效率为80，则输入功率为Pin=9.375KW，考虑到一定的裕量，选用了EE85B。

④功率管最大占空比确定。

推挽式电路的输入输出电压关系如下：



根据上式可知，输出电压与输入电压、占空比和变压器的匝数比有关，如果占空比过大，则有可能使两个开关管同时导通，这会对电路造成毁灭性的破坏。如果占空比过小，则增加了变压器线圈的匝数。选取适当的占空比是很有必要的，最低输入电压VinMin＝86.4V时，功率管占空比最大。