基于PS-FB-ZVZCS的稀土电解电源的研究

近几年，随着各国“稀土价格战”的不断升级，国内有关部门及稀土行业对稀土的开采和电解越发重视，作为电解稀土用的电解电源又一次被提上议程。 IGBT 具有体积小、反应速度快、反向恢复时间短、功耗小等优点。稀土电解电源采用 IGBT 作为开关管，解决了以往电解稀土用的可控硅整流电源体积大、效率低等缺点。同时，采用 IGBT 作为开关管，提高了开关电源频率，优化了电源的输出性能。 通过对移相全桥软开关(FB-ZVZCS)的拓扑结构以及大、中功率开关电源副边整流回路的研究分析和探讨比较，确定了主电路原边采用串联饱和电感和阻断电容的FB-ZVZCS拓扑结构，主电路副边采用全波整流方式。主电路原边串联饱和电感，缩短了变换器的换流时间，防止了占空比的丢失；串联阻断电容，帮助了原边电流复位，同时还具有防止高频变压器偏磁的作用。 建立了稀土电解电源损耗模型，分析了稀土电解电源中 IGBT 开关管、高频变压器及副边整流二极管等器件的损耗情况，根据此，选择了稀土电解电源中有关主要器件的型号和参数，计算了单个模块在某一个工作点的效率，预测了稀土电解电源的效率。结果表明，此种模型计算预测的效率与实测计算的效率相差不到50W。根据器件损耗的不同，结合主电路的拓扑结构，对稀土电解电源热回路进行了设计。 分析了稀土电解电源系统中产生电磁干扰的原因，并对产生电磁干扰的干扰源进行了分析和处理。从磁性器件入手，设计和优化了高频变压器和饱和电感等磁性器件，减小了磁性器件本身对电源的干扰以及磁性器件相互间的干扰。除此之外，对电源系统中的其他干扰源及易受干扰的部位采用屏蔽、吸收等方法进行处理，从而提高了电源系统的稳定性及电磁兼容性能。 研制了一台输入电压380V，输出电压0～15V可调，输出电流0～15000A的稀土电解电源样机，采集和分析了超前臂和滞后臂的电压电流波形，验证了超前臂的零电压(ZVS)开通以及滞后臂的零电流(ZCS)关断，实现了稀土电解电源在全工作范围内的软开关；对稀土电解电源的整机效率进行了测试和计算，结果表明，此稀土电解电源效率可达81％以上。