韩琨
埃斯倍风电科技（青岛）有限公司 山东青岛 266000
摘要：开关电源是风电变桨系统中不可或缺的部分。在风发电变桨系统中，电网质量较差，电压幅度不稳定，变化比较大，所以变桨统中使用的电源应具备大范围电压变化情况下的稳定工作能力，即应该有一个相当宽的工作电压范围。所以设计了使用风电变桨系统的反激式开关电源。
关键词：反激开关电源；变桨系统；风电
1.绪论
全世界对能源、坏保问题逐渐重视，人们对绿色能源的期望越来越高，从而促进了可再生能源，尤其是风能开发利用中。在风发电变桨系统中，电网质量较差，电压幅度不稳定变化比较大，所以变桨统中使用的电源应具备大范围电压变化情况下的稳定工作能力，有一个相当宽的工作电压范围，这样在电网电压波动很大的情况下仍能保证变桨系统的正常工作[1]。
2.变桨反激电源的拓扑结构
风电变桨的电网电压波动比较大，本设计是风电变桨系统用电源，要求能在较大范围内工作。为了降低电路中开关管承受的最大电压，必须采用双管反激变换电路。由于双管反激变换电路，在开关管关断时，变压器漏感电流流过续流二极管反馈给电源而钳位，所以开关管的电压应力和输人电压相等，开关管只需要阻断电源电压，不像单管变换器那样阻断2倍或更高倍数的电源电压。可见在高压输入场合双管反激电路有其特有的优点。
其主开关管的电压应力仅为输入电压，并且漏感能量能回馈到输入侧，也不需要增加任何吸收电路，因而整机效率也比较高。该变换器非常适用于较高输入电压、较高性能要求的场合[2]。
双管反激变换电路的拓扑结构如图1所示。图中Q1和Q2为主开关管，高频变压器TI原边绕组通过两只主开关管接向直流电源Vin，两个主开关管需要同时导通，同时截止，因此这就要求通过两个是相同相位的但是又互相隔离的信号来驱动，一般使用一个小型的双绕组输出的变压器T2。
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图1 双管反激式变换的拓扑结构
双管反激式变换器当主开关管导通时，只是把能量存储在磁路当中。当开关管截止的时候，磁能就转化为电能送向负载。VD1和VD2为钳位二极管，两只二极管是交叉连接的，这样连接是为了能把过剩的能量反馈回电源Vin中，同时把两只主开关管都钳位在Vin电压的水平上。VD3为输出整流二极管；C1、C2为输入滤波电容；C3为输出滤波电容，Lm为励磁电感，Lr为初级漏电感，在线路工作中，变压器漏电感起着重要的作用[3]。
3开关电源的控制方式
峰值电流控制模式是目前最常用的电流型控制方式，它是一种由固定时钟开启、峰值电流关断的控制方法，它是直接控制峰值输出侧的电感电流大小，然后间接地控制PWM脉冲宽度。当检测电流到达设定值时，封锁输出，具有瞬时峰值电流限流功能，随后经过调整后电路又重新正常工作。这种控制模式最大的好处在于暂态闭环响应比较快，控制环容易实现。
隔离型双管反激变换器的峰值电流型控制原理为在一个开关周期的开始，由时钟脉冲信号CLK通过触发器去驱动开关管Q的导通，当电流iL的检测信号的峰值达到重流信号的给定值Vr,即外环电压反馈回路通过误差放大器的输出时，触发器翻转，开关管Q关断。因此只要系统中的电流稍有转换时，占空比Du就可以快速的产生调节作用，使输出电压Vout接近于给定的基准电压Vref。
（1）峰值电流型控制具有对输入电压瞬态变化的响应速度快。当输入电压发生变化时，就会导致一次侧的电感电流发生变化，进血使得电流检测信号Vs也随之而改变，它无须经过误差放大器，直接通过电流检测比较器就能改变输出脉冲的占空比。因此，电流检测信号的变化就直接控制了占空比的大小，这样就减小了瞬态变化的幅值和周期，改善了开关变换器的动态响应[4]。
（2）峰值电流型控制改善了输出负载电流的调节。由于是双闭环控制。当输出负载的电流瞬态变化时，输出电压也会同步发生变化，如此由电压反馈环得到的误差电压信号也跟随改变。电流环的检测信号将提前达到误差电压，改变占空比的大小，改变输出脉宽宽度，以快竦适应负载变化的要求。
（3）峰值电流型控制有良好的模块冗余能力。多个开关变换器并联运行时，要实现每个变换器均匀的流出电流，电流内环直接逐个脉冲地监控初级电感的电流峰值，由于负载电流正比于误差电压信号，这时只要给定基准信号，将采样电流信号和给定基准信号相比较，能实现并联运行的几台开关变换器之间的负荷的自动分配。
（4）峰值电流型控制具有内在的对开关管电流的控制以及自动限流能力。由于误差放大器输出的电流给定信号直接控制着流过开关管的峰值电流，所以在任何输入电压和负载的瞬态条件下，开关管的峰值电流都被限制在一个给定值。这样误差放大器具有限幅特性，所以对开关管的电流具有限流能力。
4．结论
总的来说，反激式开关电源的特性比较好，应用广泛，且峰值电流模式控制系统稳定性好，响应速度快，实现也比较容易，而且能够限制电路中的峰值电流，从而保护了器件。在风电变桨系统中，能够很好的适应电网电压波动的环境，能够保障风电变桨系统的稳定运行。
参考文献
[1]王水平,付敏江.开关隐压电源-原理设计与实用电路．西安：西安电了科技大学出版社,2001:2-3
[2]张先进,周平森,王慧贞.双管反激变换器研究分析,电源世界,2004,8:36-38 [3] Huatek ER. Switching power supplies design considerations.Computer Design,1977,16(5)：8-13
[4]刘凤君,现代高频开关电源技术与应用.北京:电子工业出版社,2008:456-457