大功率电镀高频开关电源的设计分析

本文根据电镀电源的工作特点，提出了选用高频开关电源来实现的电路方案。笔者根据近年的应用实践研究，对在实践中比较成功的ZVSPWM软开关方案，进行了较深入的工作分析，描述了其优缺点。

1电镀行业对电镀电源的技术要求

电镀行业的重大关键设备是电镀电源，其性能的优劣直接影响到电镀产品工艺质量的好坏；同时，电镀行业最主要的能量消耗是电源，因此高品质的电源是电镀业节能增效的决定性因素，对电网的绿色化也有重要影响。在电气性能方面，电镀电源属于低压大电流设备，要求操作简便、能承受输入端的突变和输出端短路，以及操作过程过载的冲击。还由于电源设备工作在酸碱、潮湿等恶劣环境下，对电镀电源的稳定性、可靠性、抗干扰性、耐腐蚀性等要求也显得更为重要。这些，都是设计电镀电源必须考虑的重要因素。

高频开关电源与传统工频整流电源相比，具有高效节能约20%~30%、省材约80%~90%、功率密度大（输出1A电流传统电源需要制造材料0.5kg~1kg，而开关式电源只需要0.06kg~0.12kg），而且动态特性和控制调节特性好，制造过程占地少、加工量少等特点[1]。电镀电源要求输出功率大（通常输出电流要2000A以上），电镀行业推广应用开关式电源对节能、节省资源都是有显着效果的措施。

2电镀电源的主电路结构

电镀电源在满足其电气技术要求的条件下，应该尽量采用结构简单、稳定可靠的技术方案。而高频开关电源要获得大功率输出，也要从电路结构设计的各方面都要采取相应的措施，来保证大功率输出的要求。

因此，其工作电源直接选用380V的三相交流电源。经过三相桥式整流，滤波，作为开关电源的输入电源。由于要求输出大功率，主回路功率变换器要采用桥式电路才能实现。因为桥式电路使得高频变压器只需要一个原边绕组，通过正向、反向的电压，得到正向、反向的磁通，变压器铁芯和绕组利用最佳，效率、功率密度都较高；另外，功率开关承受的最大反压可以不超过电源电压；利用四个反接在功率开关两端的体二极管，无须设置能量恢复绕组，变压器的反激能量就可以恢复利用[2]。所以功率变换器选择桥式电路结构。

3使用软开关变换器方案的必要性

在功率变换器使用桥式电路结构的条件下，根据开关器件的开关状态，通常可以将开关型功率变换器分为两大类：硬开关变换器和软开关变换器。以PWM脉冲宽度调制变换器为例，它通过改变开关接通时间的长短，即改变脉冲占空比来实现对输出电压和输出电流的调整，PWM开关技术以其电路简单，控制方便而获得了广泛的应用。