5 kW 弧电源的设计与仿真(1)

时间:2010-03-29 来源:核工业西南物理研究院 编辑:李民久

介绍了开关电源的优点和大功率弧电源的结构,给出了以SG3525 为控制核心的弧电源的设计方法。该电源主电路采用全桥式逆变电路, 应用平均电流模式控制的PWM调制技术实现电流的稳定输出。并应用OrCAD15.7 仿真工具对主电路和控制电路建模并进行闭环仿真,得到了与设计要求相符合的实验结果,通过对仿真结果的分析验证了设计方案的可行性。试验表明, 该弧电源具有良好的性能。

随着电力电子技术的高速发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切, 而电子设备都离不开可靠的电源, 其性能关系到整个系统能否安全可靠地工作, 因此电子设备对电源的要求日趋增高。开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源, 开关电源一般由脉冲宽度调制( PWM) 控制功率开关器件构成,具有功率转换效率高、稳压范围宽、功率密度比大、体积小、重量轻、成本低、可靠性和稳定性较好等优点。逆变式弧电源是一种新型弧电源,由主电路、控制电路两部分组成。其中主电路由整流环节、滤波环节、逆变环节、变压整流滤波环节等部分组成, 直接为电弧负载提供电功率。本电源的设计要求为输出空载电压65 V , 额定电流150

A ,频率100 Hz ,额定功率5 kW，纹波电流为输出电流I0 的3％。

1、弧电源的主回路设计

1.1、主回路的结构

主电路结构图如图1 所示。

图1 电源主电路原理图

整流部分采用单相全波整流模块, C1 是工频滤波电容, 滤波后的直流电送入全桥式逆变电路的输入端。逆变电路的开关管选用IRF 公司的功率MOSFET, 每个桥臂上下部分都由三个MOSFET 并联。在开关电源中使用全桥型逆变电路主要有以下突出优点：变压器双向励磁，容易达到大功率。全桥型逆变电路的功率范围：几百瓦～几百千瓦。但其主要缺点：结构复杂，成本高，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路，有直通和偏磁问题。由于MOSFET 的导通电阻程正温度系数特性，本身具有并联均流特性，在输出功率一定的