變壓器直流電阻測(cè)試用大電流恒流源設(shè)計(jì)

閆曉磊

摘? ?要：針對(duì)目前變壓器直流電阻測(cè)試用大電流直流恒流源的小型化需求，文章介紹了一種四相交錯(cuò)并聯(lián)多路BUCK變換器，詳細(xì)介紹了恒流源的設(shè)計(jì)原理及細(xì)節(jié)，并通過(guò)軟件仿真的方法進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：四相交錯(cuò);多路并聯(lián);BUCK;恒流源;PWM

目前，在電力檢測(cè)儀器行業(yè)中，變壓器直阻測(cè)試用電源大多體積大而笨重，雖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上增加輪子、拉桿等方便攜帶的功能設(shè)計(jì)，但卻未從根本上解決體積小型化的需求。而在有些測(cè)試儀器中，電源的體積甚至占到了總體積的50%以上。隨著電力檢測(cè)儀器的普及以及競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，各大公司紛紛提出小型化或手持式測(cè)試儀器概念。在此大環(huán)境下，電源小型化迫在眉睫。鑒于此，本文詳細(xì)介紹了一種可以大幅縮小電源體積的恒流源設(shè)計(jì)方案。

1? ? 設(shè)計(jì)原理

在大功率恒流源設(shè)計(jì)中，常規(guī)的做法是選用若干并聯(lián)的MOSFET及體積很大的電感來(lái)保證電源所需的大電流。這不僅大幅增加了系統(tǒng)損耗，而且還使大功率電感直接帶來(lái)的體積和重量的直線上升。四相交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)的出現(xiàn)，為低壓大電流電源的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的途徑。

應(yīng)用四相交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)的BUCK電路主拓?fù)淙鐖D1所示，它是由4組BUCK電路并聯(lián)組成，工作時(shí)同一時(shí)刻只有一組BUCK電路工作，4組BUCK電路控制信號(hào)相位依次相差90°，工作周期相同，4組BUCK電路電感電流疊加后的總電流與各直路電流對(duì)比波形如圖2所示。由圖2可知，4路CCM工作模塊并聯(lián)后總輸出電流脈動(dòng)較單模塊減小很多，輸出電流紋波大幅度減小，進(jìn)而減小輸出電壓的紋波值，使輸出電壓更加理想[1]。而且總電流脈動(dòng)頻率是單模塊的4倍，這將在不增加開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)損耗的情況下，大大減小輸出濾波器的體積和重量。同時(shí)，能改善輸入電流波形，減少輸入電容的容量和體積?？傊?，電感值和電容值的大幅度減小，使得電路的體積變得更小，功率密度越來(lái)越大，為電源設(shè)計(jì)節(jié)省寶貴的空間。結(jié)合同步整流技術(shù)的應(yīng)用，電源效率提升空間進(jìn)一步加大，散熱設(shè)計(jì)壓力減小，電源體積進(jìn)一步減小[2]。

2? ? 軟件設(shè)計(jì)

由于工藝水平的限制及誤差的存在，各支路參數(shù)不可避免地存在一定的差異。如果直接并聯(lián)，勢(shì)必很難保證各模塊平均分擔(dān)負(fù)載電流，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。故各支路的均流成為軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。為保證各支路最大電流可控，此處選擇最大電流法自動(dòng)均流方案，實(shí)時(shí)采集各支路電流，以輸出電流最大的支路為主模塊，其他模塊為從模塊，并對(duì)電流誤差進(jìn)行整定，校正各支路的輸出電流，以達(dá)到均流的目的，進(jìn)而最終控制總電流符合設(shè)計(jì)要求。各支路軟件閉環(huán)控制框架如圖3所示，其中，Iset為總電流輸出設(shè)定值，Io為總電流輸出采樣值，Imax為各支路電流最大值，In為當(dāng)前支路電流輸出采樣值。

3? ? 仿真驗(yàn)證

基于以上原理，選擇合適的軟硬件參數(shù)，利用Matlab/Simulink創(chuàng)建仿真模型[3-4]，以輸出100 A恒流為例，對(duì)以上控制理論進(jìn)行驗(yàn)證[5]。所建仿真模型如圖4所示。

各支路電流與總電流的對(duì)比關(guān)系如圖5所示。由仿真輸出結(jié)果可知，負(fù)載紋波電流為0.92 A，為總電流的0.92%。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

四相交錯(cuò)并聯(lián)BUCK型電路可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)，尤其是在體積和重量上的突出優(yōu)勢(shì)，顯示出廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。在電力檢測(cè)儀器行業(yè)，可充分滿足現(xiàn)有小型化或手持式測(cè)試儀器的應(yīng)用現(xiàn)狀。

[參考文獻(xiàn)]

[1]唐剛，劉軍，黃森，等.氮化鎵器件在四相交錯(cuò)并聯(lián)DC_DC變換器上的應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化，2018（3）：94-96.

[2]魏泰鳴，楊毅.一種高效率低紋波的Buck電路改進(jìn)方案[J].價(jià)值工程，2018（7）：176-178.

[3]姜春玲，王春玲.基于Matlab的Buck電路的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008（24）：31.

[4]申瑋霓，王玉生，張利，等.光伏發(fā)電雙管Buck-Boost電路兩模式控制方法的仿真與實(shí)驗(yàn)研究[J].電氣技術(shù)，2016（7）：52-56.

[5]劉麗媗.Buck電路的分析及其輸出參數(shù)的設(shè)計(jì)[J].嘉應(yīng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（2）：45-48.

Abstract：In order to meet the miniaturization requirement of high current constant current source for transformer DC resistance testing， a four phase crisscross parallel buck converter circuit is introduced and the design principle and details of constant current source are introduced in detail in this paper， and verified them by software simulation method， and good results are achieved.

Key words：four phase crisscross; multiple parallel connection; BUCK; constant current source; PWM