基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 a b s t r a c t s w i t c h i n gl o s s e sa n dt h er e s u l t i n gt h e r m a lr e l i e v ep r o b l e mp r e v e n tp o w e rs u p p l yf r o mh a v i n ga h i g h e rf r e q u e n c yo p e r a t i o nw h i c hl e a d st oh i g hp o w e rd e n s i t y s o f ts w i t c h i n gi sa ne f f e c t i v et o o lf o r r e d u c i n gs w i t c h i n gl o s s e s s oi tc a ni m p r o v ee f f i c i e n c ya n dr a i s eo p e r a t i o nf r e q u e n c y w h i c hi sn o w w i d e l yu s e di np o w e rs u p p l y w ea p p l yf u l l b r i d g ec o n v e r t e rf o ra p p l i c a t i o ni nm e d i u mt oh i g hp o w e r c o n v e r s i o n t h i sp a p e rp r e s e n t sas u m m a r i z a t i o nf o rs o f ts w i t c h i n gt e c h n o l o g ya n di n t r o d u c e so p e r a t i o n p r i n c i p a la n dh i s t o r yo fz v sp w mf u l l b r i d g ec o n v e r t e r f i n a l l y w ef o c u so nz v sp w mf u l l b r i d g e c o n v e r t e rw i t hp a s s i v ea u x i l i a r yc i r c u i t af u l l b r i d g ec o n v e r t e rw i t ha u x i f i a r yc i r c u i tw h i c hi sc o m p o s e do fi n d u c t o r sa n dc a p a c i t o r si s p r o p o s e d t h i sc o n v e r t e rc a na c h i e v ez v si nt h ee n t i r el i n ea n dl o a dr a n g e a n dw i t hs m a l l e rl e a k a g e i n d u c t a n c e t h es e c o n d a r y s i d er i n g i n ga n dt h ed u t yc y c l el o s sa r er e d u c e d i th a sas i m p l et o p o l o g y a n dl o wc o m p o n e n tc o u n t t h ep r i n c i p l eo ft h eo p e r a t i o na n dt h ed e s i g nc o n s i d e r a t i o n so fp r o p o s e d c o n v e r t e ra r ed i s c u s s e d f i n a l l y e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r eg i v e n t h ea u x i l i a r ye n e r g yp r o d u c e db yl ca u x i l i a r yc i r c u i ti sd e c o u p l e df r o mt h el o a dc u r r e n t s ot h e c o n v e r s i o ne f f i c i e n c yi sd e g r a d e da th e a v yl o a d t os o l v et h i sp r o b l e m af u l l b r i d g ec o n v e r t e rw i t h i m p r o v e da u x i l i a r yc i r c u i ti sd e r i v e di nt h et h i r dc h a p t e r t h eo p e r a t i o np r i n c i p l eo ft h ei m p r o v e d f u l l b r i d g ec o n v e r t e ri sa n a l y z e d t h ed e s i g np r o c e s si sp r e s e n t e d c o m p a r e dt ot h ep r i m a r yt e c h n i q u e t h es t o r e de n e r g yi nt h ea u x i l i a r yc i r c u i ti sm i n i m a lu n d e rf u l l l o a dc o n d i t i o na n di tp r o g r e s s i v e l y i n c r e a s e sa st h el o a dc u r r e n td e c r e a s e s p e r f o r m a n c eo ft h ep r o p o s e dc o n v e r t e ri sv e r i f i e dw i t h e x p e r i m e n t a lr e s u l t s an e ws i m p l i f i e dl o 豁a n a l y s i sm e t h o di sg i v e n a n dac o m p a r i s o nb e t w e e nt h et w oc o n v e r t e r si s d i s c u s s e d t h ep l o t so fe x p e r i m e n t a le f f i c i e n c ya r eg i v e nt ov e r i f yt h et h e o r e t i c a la n a l y s i s t h el a s tc h a p t e rs u m m a r i z e st h em a j o rr e s u l t so f t h ew o r ka n do f f e r ss u g g e s t i o n sf o rf u t u r ew o r k k e yw o r d s a u x i l i a r yc i r c u i t f u l l b r i d g ec o n v e r t e r p h a s e s h i f tc o n t r o l z e r o v o l t a g e s w i t c h i n g z v s 基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 圖表目錄 圖1 1m o s f e t 的開關(guān)特性 2 圖1 2 硬開關(guān)下的開關(guān)損耗 2 圖1 3 軟開關(guān)下的開關(guān)損耗 3 圖1 4 傳統(tǒng)移相全橋z v sp w m 變換器 5 圖1 5 原邊串聯(lián)飽和電感的全橋變換器 5 圖1 6 加箝位二極管的全橋變換器 6 圖1 7 滯后臂并聯(lián)有源輔助電路的全橋變換器 6 圖1 8 混合型全橋變換器 7 圖1 9 副邊采用有源箝位電路的全橋變換器 7 圖1 1 0 采用耦合電感的全橋變換器 8 圖2 1 基于感容無源輔助電路全橋變換器的主電路 l o 圖2 2 采用感容無源輔助電路的z v sp w m 全橋變換器的主要波形 一1 l 圖2 3 各種開關(guān)模態(tài)等效電路圖 1 5 圖2 4 輔助電感厶l 取值與死區(qū)時(shí)間關(guān)系圖 1 7 圖2 5 滯后臂暫態(tài)過程的進(jìn)一步等效電路 一1 7 圖2 6 不同輔助電感取值下滯后橋臂結(jié)電容電壓與負(fù)載電流關(guān)系 1 8 圖2 7 不同漏感取值下滯后橋臂結(jié)電容電壓與負(fù)載電流關(guān)系 1 8 圖2 8 橋臂中點(diǎn)電壓瑚8 原邊電流島和副邊整流電壓波形v r e c t 2 5 圖2 95 負(fù)載原邊開關(guān)管驅(qū)動(dòng)及漏源極電壓波形 一2 6 圖2 1 05 負(fù)載輔助電感電流波形 2 6 圖3 1 改進(jìn)型無源輔助電路全橋變換器 一2 8 圖3 2 改進(jìn)型無源輔助電路全橋變換器工作波形圖 2 9 圖3 3 各模態(tài)等效電路 3 2 圖3 4 不同輸入電壓下電路占空比與輸出電流關(guān)系圖 3 3 圖3 5 不同負(fù)載條件下的滯后臂換流暫態(tài)過程 一3 4 圖3 6 不同漏感取值下滯后橋臂結(jié)電容電壓與負(fù)載電流關(guān)系 一3 6 圖3 7 不同輔助電感取值下滯后橋臂結(jié)電容電壓與負(fù)載電流關(guān)系 一3 6 圖3 8 輔助電感電流波形圖 一3 7 圖3 9d c m 狀態(tài)下輔助電感電流有效值與負(fù)載電流的關(guān)系曲線 3 7 v l 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖3 1 0 橋臂中點(diǎn)電壓v a b 原邊電流 和副邊整流電壓波形 d 3 9 圖3 1 l 不同輸入電壓下5 負(fù)載原邊開關(guān)管驅(qū)動(dòng)v g 及漏源極電壓波形y d s 4 0 圖3 1 2 不同輸入電壓下1 0 負(fù)載主要波形 4 0 圖4 1c o n v e r t e ri 的主要簡化波形圖 4 2 圖4 2m o s f e t 開通主要波形 4 3 圖4 3m o s f e t 關(guān)斷主要波形 4 4 圖4 4 超前管電流波形圖 4 5 圖4 5 滯后管電流波形圖 4 6 圖4 6m o s f e t 門極充電電荷與電壓之間的關(guān)系 4 7 圖4 7 滿載情況下c o n v e r t e ri 的主要損耗分布圖 5 0 圖4 8c o n v e r t e ri i 的簡化波形圖 5 l 圖4 9 滿載情況下c o n v e r t e ri i 的主要損耗分布圖 5 l 圖4 1 0 滿載條件下兩種變換器主要損耗對(duì)比 5 2 圖4 1 1 兩臺(tái)變換器的效率曲線 5 3 圖a 1 濾波電感電流斷續(xù)時(shí)電流 電壓波形 5 3 圖a 2 濾波電感電流連續(xù)時(shí)原邊電路主要工作波形 一5 3 基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 m o s f e t p s z v s z c s p w m c c m d c m b c m c d r e m i q 1 q 4 c 1 一4 d l d 4 乃 t r d m d m h 9 r z e t l f i d r i i d r 2 i l a l l l a 2 碭 圪 厶 k 鉑 注釋表 功率場效應(yīng)晶體管 厶主變壓器漏感 移相 厶i 如 厶 輔助電感 零電壓開關(guān) g c o l c 0 2 輔助電容 零電流開關(guān) r e c t 副邊輸出整流電壓 脈沖寬度調(diào)制 d 占空比 電流連續(xù)模式 副邊有效工作占空比 電流斷續(xù)模式p 婦占空比丟失 電流臨界連續(xù)模式n 副邊最大占空比 倍流整流 瓦 開關(guān)周期 電磁干擾 石 開關(guān)頻率 開關(guān)管 m a x m i n 最大值 最小值 開關(guān)管寄生電容 整流二極管通態(tài)壓降 開關(guān)管體二極管哳輸出濾波電感直流壓降 主變壓器a 磁芯截面積 輔助變壓器厶 磁芯窗口面積 輸出整流二極管島 磁芯最高工作磁密 輸出濾波電感m 變壓器副邊匝數(shù) 輸出濾波電容m 變壓器原邊匝數(shù) 負(fù)載電阻 銅電導(dǎo)率 濾波電感電流 伽 銅磁導(dǎo)率 副邊輸出整流二極管電流 r 效率 也輔助電感電流 導(dǎo)線電流密度 主變壓器原邊電流6 氣隙寬度 輸入電壓 開關(guān)管輸出電容 輸出電壓 開關(guān)管輸入電容 輸出電流c0開關(guān)管跨導(dǎo)電容 主變壓器原副邊匝比 絞 m o s 管柵極充電電荷 輔助變壓器原副邊匝比 承諾書 本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn) 行的研究工作及取得的研究成果 除了文中特別加以標(biāo)注和致 謝的地方外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成 果 也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位 或證書而使用過的材料 本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部 分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃描 等復(fù)制手段保存 匯編學(xué)位論文 保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書 作者簽名 日期 i 叫弋 沙 一 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論弟一早三 百1 匕 1 1 引言 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展 電力電子技術(shù)已與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 國防 環(huán)保以及日常生活 等密不可分 在幾乎所有行業(yè)中都得到了不同程度的應(yīng)用 在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位 電力電子技術(shù)無論對(duì)改造傳統(tǒng)工業(yè) 石油 醫(yī)療 礦冶 建材 化工 輕紡等 還是對(duì)新興高 新技術(shù)產(chǎn)業(yè) 航天 激光 通信等 都至關(guān)重要 1 2 1 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù) 控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率 維持穩(wěn)定電 壓輸出的一種電源 開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)s d p u l s ew i d t hm o d u l a t i o n p w m 控制集成芯片 i n t e g r a t e dc i r c u i t i c 和半導(dǎo)體開關(guān)管構(gòu)成 開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向1 3 高頻化使開關(guān) 電源小型化 并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域 特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用 推動(dòng)了高 新技術(shù)產(chǎn)品的小型化 輕便化 另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源 節(jié)省資源及保護(hù)環(huán)境 方面都具有重要的意義 開關(guān)電源中 由于開關(guān)管不是理想器件 在其開通時(shí) 開關(guān)管兩端的電壓不是立即下降為 零 而是有一個(gè)下降時(shí)間t r 如圖1 1 所示 流過開關(guān)管的電流也不是立即從零上升至負(fù)載電流 在這段時(shí)間 電壓和電流有一個(gè)交疊區(qū) 產(chǎn)生損耗 我們稱之為開通損耗 t u m o nl o s s 當(dāng)開關(guān) 管關(guān)斷時(shí) 開關(guān)管的電壓也不是立即從零上升到電源電壓 而會(huì)有個(gè)上升時(shí)間t f 同時(shí)它的電 流也不是立即從負(fù)載電流下降到零 在這段時(shí)間內(nèi) 電壓和電流也有個(gè)交疊區(qū) 也會(huì)產(chǎn)生損耗 我們稱之為關(guān)斷損耗 t u r n o f fl o s s 在開關(guān)管開關(guān)工作時(shí)產(chǎn)生的開通損耗和關(guān)斷損耗之和 稱 為開關(guān)損耗 s w i t c h i n gl o s s 如圖1 2 所示 在一定的條件下 開關(guān)管在每個(gè)周期中的開關(guān)損耗 是恒定的 因此變換器總的開關(guān)損耗與開關(guān)頻率成正比 開關(guān)頻率越高 總的開關(guān)損耗也越大 變換器的效率也隨之降低 開關(guān)損耗的存在限制了變換器開關(guān)頻率的提高 從而也限制了變換 器的小型化和輕量化1 4 l 并且開關(guān)管工作在硬開關(guān)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生很高的d i d t 和d u l d t 從而產(chǎn)生大 量的電磁干擾 e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e e m i 如果e m i 效應(yīng)嚴(yán)重 則可能導(dǎo)致嚴(yán)重的故障 或事故 增加緩沖電路可以減小功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗 其基本思想是使其開通時(shí)開關(guān)電流緩慢 上升 關(guān)斷時(shí)開關(guān)電壓緩慢上升 這樣就改變了開關(guān)的動(dòng)態(tài)軌跡 降低了開關(guān)過程的開關(guān)損耗 開關(guān)電流和開關(guān)電壓緩慢上升程度由緩沖電路中的儲(chǔ)能元件三和c 的值決定 其數(shù)值越大 緩 沖能力越強(qiáng) 功率器件的開關(guān)損耗越小 但緩沖電路的實(shí)質(zhì)是將功率器件所減少的能耗轉(zhuǎn)移到 緩沖電路中 在強(qiáng)緩沖時(shí) 開關(guān)電路的總損耗反而增加 無損緩沖電路的發(fā)展減小了這一突出 矛盾 但添加了較多額外器件 增加了電路拓?fù)涞膹?fù)雜性 因此軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生 l 基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 1 2 軟開關(guān)技術(shù)概述 v d s 9 0 l o v o s 圖1 1m o s f e t 的開關(guān)特性 i 岣噶r j d 綾 p b io n p h o n 彳玨x鼎 l i k 崩 崩l 制i 圖1 2 硬開關(guān)下的開關(guān)損耗 提高開關(guān)頻率是減小變換器體積和重量的主要途徑 為了實(shí)現(xiàn)變換器的高功率密度 必須 實(shí)現(xiàn)高頻化 提高開關(guān)頻率可以降低開關(guān)電源的音頻噪聲 改善動(dòng)態(tài)響應(yīng) 從上面的分析可知 開關(guān)頻率的提高同時(shí)會(huì)帶來開關(guān)損耗的增加 減小開關(guān)損耗的有效方法是實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān) s o f ts w i t c h i n g 軟開關(guān)技術(shù)可以有效的減小交疊區(qū)的電流或者電壓值 降低開關(guān)損耗 一般來說 減小開關(guān)管開通損耗有以下兩種方法 4 l 1 在開關(guān)管開通時(shí) 限制電流的上升速率 從而減小電流和電壓的交疊區(qū) 這就是所謂 的零電流開通 2 在開關(guān)管開通前 使其兩端電壓下降至零 這就是所謂的零電壓開通 從圖1 3 0 可 知 零電壓開通損耗基本減小到零 減小關(guān)斷損耗的兩種方法為 1 在開關(guān)管開通前 使其電流減小到零 這就是所謂的零電流關(guān)斷 從圖1 3 b 中可知 零電流的關(guān)斷損耗基本已經(jīng)減d n 零 2 在開關(guān)管關(guān)斷時(shí) 限制電壓的上升速率 從而減小電流和電壓的交疊區(qū) 即所謂的零 電壓關(guān)斷 從圖1 3 可以看出 零電壓開通和零電流關(guān)斷的損耗幾乎為零 而零電流開通和零電壓關(guān) 2 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 斷的損耗則分別取決于電流上升的速率和電壓上升的速率 電流上升越慢 或者電壓上升越慢 則軟開關(guān)效果越好 在實(shí)際的電路中 往往要與其它一些因素一起考慮 比如占空比丟失 軟 開關(guān)范圍 整流二極管反向恢復(fù)等 做一個(gè)折衷 l v d 八 一 f 婦 o n n o 加 n a 零電壓開關(guān) b 零電流開關(guān) 圖1 3 軟開關(guān)下的開關(guān)損耗 軟開關(guān)變換技術(shù)一般可以分為以下幾類 4 5 1 1 全諧振變換器 一般稱為諧振變換器 r e s o n a n tc o n v e r t e r s 該類變換器實(shí)際上是負(fù)載 型諧振變換器 在全諧振變換器中 諧振元件一直參與諧振工作 變換器的工作特點(diǎn)與負(fù)載關(guān) 系密切 對(duì)負(fù)載的變化很敏感 一般采用頻率調(diào)制法 2 準(zhǔn)諧振變換器 q u a s i r e s o n a n tc o n v e r t e r s 和多諧振變換器 m u l t i r e s o n a n tc o n v e r t e r s 這 類變換器的特點(diǎn)是諧振元件參與能量變換的某個(gè)階段 不是全程參與 準(zhǔn)諧振變換器分為零電 流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器和零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 多諧振變換器一般實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān) 這類變換器都需要采用頻率調(diào)制控制的方法 3 零開關(guān)p w m 變換器 z e r os w i t c h i n gp w mc o n v e r t e r s 它可以分為零電壓開關(guān)p w m 變 換器和零電流開關(guān)p w m 變換器 該類變換器是在準(zhǔn)諧振變換器的基礎(chǔ)上加入一個(gè)輔助開關(guān)管 來控制諧振元件的諧振過程 實(shí)現(xiàn)恒頻率控制 即實(shí)現(xiàn)p w m 控制 4 零轉(zhuǎn)換p w m 變換器 z e r ot r a n s i t i o nc o n v e r t e r s 它可以分為零電壓轉(zhuǎn)換p w m 變換器 和零電流轉(zhuǎn)換p w m 變換器 它的特點(diǎn)是變換器工作在p w m 方式下 輔助諧振支路只是在主 開關(guān)管開關(guān)時(shí)工作一段時(shí)間 實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān) 其他時(shí)間停止工作 5 有源箝位軟開關(guān)變換器 在變換器中加入有源箝位支路 降低開關(guān)管的電壓應(yīng)力 有 源箝位軟開關(guān)變換器在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)可以吸收浪涌能量 在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)候 能將吸收的能量 反饋入電網(wǎng) 6 廣義軟開關(guān)p w m 變換器 這種變換器利用吸收電路以減小開關(guān)損耗 軟化 開關(guān)過 程 降低d u d t 或d i d t 使開關(guān)管電壓和電流在開關(guān)過程中交疊的面積減小 大幅度降低開關(guān) 3 基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 損耗 目前很多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 如 能源之星 標(biāo)準(zhǔn) 都從節(jié)能的角度對(duì)開關(guān)電源變換器效率提出了嚴(yán) 格的要求 希望變換器在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi) 尤其是輕載時(shí)仍可以高效工作 6 l 一般而言 在重 載時(shí)變換器損耗主要是由導(dǎo)通損耗和磁件的損耗組成 而在輕載時(shí) 變換器的損耗主要由開關(guān) 損耗 磁芯損耗以及驅(qū)動(dòng)損耗組成1 7 1 使用軟開關(guān)技術(shù)可以大大減少開關(guān)管的開關(guān)損耗 可是 在輕載時(shí)開關(guān)管軟開關(guān)條件通常會(huì)丟失 開關(guān)管處于硬開關(guān)狀態(tài) 如何提高變換器輕載時(shí)的效 率 使變換器整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)高效 高可靠性工作是值得研究的問題 1 3 全橋變換器 功率開關(guān)管的電壓和電流定額相同時(shí) 變換器的輸出功率通常與所用開關(guān)管的數(shù)量成正比 嗍 故全橋d c d c 變換器的輸出功率大于單管變流器 比如單管f l y b a c k f o r w a r d 和雙管的 d u a l f l y b a e k d u a l f o r w a r d p u s h p u l l h a l f b r i d g e 等電路 從而在高壓輸入和中大功率場合 得到廣泛應(yīng)用 為了實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān) 全橋變換器可采用移相 p h a s e s l l i f t p s 脈沖寬度調(diào)制控制方案 每個(gè)橋臂的兩個(gè)功率管成1 8 0 互補(bǔ)導(dǎo)通 通過調(diào)節(jié)兩個(gè)橋臂之間的移相角來調(diào)節(jié)輸出電壓 定義相位超前的橋臂為超前橋臂 另一組橋臂則為滯后橋臂 其中超前橋臂只能實(shí)現(xiàn)零電壓開 關(guān) z e r o v o l t a g e s w i t c h i n g z v s 滯后橋臂可以實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)或者零電流開關(guān) z e r o c u r r e n t s w i t c h i n g z c s 根據(jù)超前橋臂和滯后橋臂實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的方式 可以將p w m d c d c 全橋變換器的軟開關(guān)方式分為兩類 z v s 方式和z v z c s 方式 9 j 輸入電壓的高低往往決定了是否采用零電壓開關(guān)技術(shù) 在高壓輸入的場合 為了提高效率 及減小噪聲 更傾向于采用零電壓開關(guān)軟開關(guān)技術(shù)1 1 0 1 本文主要討論移相全橋z v sp w m 變換 器 1 3 1 傳統(tǒng)移相全橋z v sp w m 變換器 圖1 4 給出了基本的z v sp w m 全橋變換器 它采用移相控制方案 開關(guān)管q l 和q 3 構(gòu)成 超前橋臂 q 和q 4 構(gòu)成滯后橋臂 5 1 該變換器的優(yōu)點(diǎn)是不需要增加任何元器件 利用變壓器 的漏感和開關(guān)管寄生結(jié)電容的諧振即可實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的z v s 減小了開關(guān)損耗 其主要不足有 1 輕載情況下 滯后臂容易丟失z v s 條件 即軟開關(guān)范圍小 2 副邊存在占空比丟失 3 原 邊環(huán)流階段將引起額外的導(dǎo)通損耗 4 原邊漏感與副邊整流二極管寄生結(jié)電容振蕩嚴(yán)重 一般 需要引入r c 有損吸收電路 會(huì)進(jìn)一步降低變換器的效率 1 2 1 4 4 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 耘耘 每 裊 主 r e 9 tj t d m 圖1 4 傳統(tǒng)移相全橋z v sp w i v i 變換器 1 3 2 改進(jìn)型移相全橋z v sp w m 變換器 為了克服傳統(tǒng)移相全橋變換器的缺點(diǎn) 眾多國內(nèi)外學(xué)者提出了許多改進(jìn)的方案 諸如采用 飽和電感或磁開關(guān)的方澍1 5 腫j 原邊加入筘位二極咎 1 3 1 8 2 0 j 輔助電路等方法 2 1 韶 其中輔助 電路又可以分為有源輔助電路和無源輔助電路的方法 1 2 i 飽和電感或磁開關(guān)法 1 5 1 7 1 飽和電感法最典型的例子是在變壓器一次側(cè)將飽和電感厶替代線性諧振電感與主變壓器串 聯(lián) 如圖1 5 所示 當(dāng)電源向負(fù)載供電時(shí) 飽和電感工作于飽和狀態(tài) 當(dāng)原邊處于環(huán)流階段時(shí) 飽和電感工作于線性狀態(tài) 從而幫助滯后臂開關(guān)管實(shí)現(xiàn)z v s 一辯 耘 摭 熟d叁rj l i h r 主 r f 0 tj 奠 d r 2 圖1 5 原邊串聯(lián)飽和電感的全橋變換器 該變換器的優(yōu)點(diǎn)是可以在較寬的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān) 占空比丟失小 同 時(shí)由于漏感取值小 副邊輸出整流二極管電壓尖峰和電壓振蕩大大減小 但是飽和電感工作于 雙象限 熱應(yīng)力問題較嚴(yán)重 將飽和電感與主變壓器副邊繞組串聯(lián) 這樣飽和電感工作限定在 s 基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 第一象限 飽和電感發(fā)熱問題可以得到有效的解決 1 6 l 但是仍不可避免的在輕載時(shí) 由于飽和 電感儲(chǔ)能有限 滯后臂z v s 仍然無法實(shí)現(xiàn) 采用磁開關(guān)法拓?fù)漭^復(fù)雜 需要利用額外的控制電 路 在實(shí)際中不能得到廣泛利用1 1 7 l 2 原邊加入箝位二極管 1 3 1 s 2 0 為解決輸出整流二極管存在反向恢復(fù)引起的電壓尖峰和電壓振蕩 r e d l 等人提出在變壓器 原邊加入一個(gè)諧振電感和兩個(gè)箝位二極管 很好的消除了二極管上的電壓尖峰和電壓振蕩 降 低了輸出整流二極管的電壓應(yīng)力 如圖1 6 所示 但是加箝位二極管的全橋變換器存在以下缺 點(diǎn) 1 諧振電感導(dǎo)致的占空比丟失依然存在 2 在輕載情況下 容易導(dǎo)致箝位二極管硬關(guān)斷 產(chǎn)生較大的反向恢復(fù)損耗 甚至?xí)p壞箝位二極管 影響變換器的工作可靠性 i 八廠1 目 o 皇l 線1 p 冪 9 孓 l卜 圖1 6 加箝位二極管的全橋變換器 3 有源輔助電路 2 1 5 這種拓?fù)涫窃趥鹘y(tǒng)全橋變換器的基礎(chǔ)上加入了由輔助電感和兩個(gè)輔助開關(guān)管組成的輔助電 路 如圖1 7 所示 當(dāng)滯后管換流時(shí) 輔助電感的電流會(huì)與原邊電流一起流進(jìn)或者流出滯后臂 橋臂中點(diǎn) 幫助滯后管實(shí)現(xiàn)z v s 該變換器可以幫助滯后臂開關(guān)管實(shí)現(xiàn)寬負(fù)載范圍的z v s 其不足之處是增加了兩只輔助開 關(guān)管及相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路 增加了拓?fù)涞膹?fù)雜性 6 圖1 7 滯后臂并聯(lián)有源輔助電路的全橋變換器 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 文獻(xiàn) 2 2 2 4 提出了一種混合型全橋變換器 如圖1 8 所示 它由兩個(gè)全橋變換器組合而成 兩個(gè)變換器共用一個(gè)橋臂 將兩個(gè)變壓器的副邊相互串聯(lián) 其電壓疊加 整流后就得到一個(gè)非 常接近于輸出電壓的直流電壓 由于該電壓所含高頻交流分量小 因此可以大幅度減小輸出濾 波器 該變換器其利用原邊輔助變壓器的激磁電流幫助實(shí)現(xiàn)開關(guān)管寬負(fù)載范圍的z v s 但是由 于輔助電路產(chǎn)生的能量與負(fù)載電流的非直接耦合性 重載時(shí)增加了額外的導(dǎo)通損耗 變換器效 率會(huì)有所降低 由于增加了兩只輔助開關(guān)管 拓?fù)涞目刂埔矔?huì)變得更加復(fù)雜 變換器成本也會(huì) 增加 圖1 8 混合型全橋變換器 同樣的 也可以在副邊加入有源輔助電路 這里加入輔助電路的目的是抑制副邊輸出整流 管電壓尖峰和電壓振蕩 如圖1 9 所示 加入有源箝位電路后 由副邊輸出整流二極管反向恢 復(fù)引起的電壓尖峰和電壓振蕩可以得到很好的抑制 且實(shí)現(xiàn)了副邊寄生振蕩的無損吸收 但是 要想實(shí)現(xiàn)滯后臂寬負(fù)載范圍的z v s 就必須串聯(lián)一個(gè)較大的諧振電感 導(dǎo)致副邊占空比丟失嚴(yán) 重 并且由于增加了輔助開關(guān)管 增加了電路的成本和控制難度 同時(shí)這里輔助開關(guān)管工作在 硬開關(guān)狀態(tài) 降低了變換器的效率 一格 稼 接生如撂 耳恐一一久 一r 圭 r 掛氣 工1 o tj 六 d a 2 圖1 9 副邊采用有源箝位電路的全橋變換器 4 無源輔助電路 2 6 2 8 1 文獻(xiàn) 2 6 2 8 研究了一族加耦合電感的無源輔助電路全橋變換器 這類拓?fù)涞闹饕枷胧菢?7 基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 臂中點(diǎn)電壓與輔助電路的電壓具有互補(bǔ)性 輔助電路產(chǎn)生的能量幫助實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān) 在 輸出占空比大時(shí) 加在耦合電感上的電壓占空比小 耦合電感儲(chǔ)能小 輸出占空比小時(shí) 加在 耦合電感上的電壓占空比大 耦合電感儲(chǔ)能較大 這樣使得負(fù)載電流與耦合電感儲(chǔ)存的能量具 有直接耦合性 這樣電路中用于換流的能量基本維持穩(wěn)定 因此采用該類無源輔助電路全橋變 換器不僅可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍的軟開關(guān) 而且儲(chǔ)存在耦合電感中的能量可以隨著負(fù)載的變化而 自適應(yīng)的變化 提高了變換器的效率 如圖1 1 0 所示 同時(shí)由于無需利用漏感拓展開關(guān)管的軟 開關(guān)范圍 因此漏感取值可以大大減小 副邊電壓尖峰和電壓振蕩可以得到有效抑制 但是基于耦合電感輔助電路的全橋變換器 感性元件耦合電感均與主功率傳輸支路相串聯(lián) 負(fù)載側(cè)折算的電流完全流過耦合電感 導(dǎo)致耦合電感電流應(yīng)力增加 影響了全橋變換器工作的 可靠性 圖1 1 0 c o q 所示的全橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜 并不利于實(shí)際應(yīng)用 lq 蛋d ic 著曲l 曼鋤 叫卜3 7 7 7一 k q 享 n 童 0 如 a 9 蠼 d c l 易擎 t9 與 j k q i m l卜l b 圖1 1 0 采用耦合電感的全橋變換器 加輔助電路方法可以分為有源輔助電路和無源輔助電路兩類 原邊加有源輔助電路的變換 器在滯后臂開關(guān)管換流前開通一段時(shí)間 使輔助電感儲(chǔ)存一定的能量 幫助滯后臂開關(guān)管實(shí)現(xiàn) 軟開關(guān) 拓展滯后臂軟開關(guān)的范圍 副邊加有源輔助電路的全橋變換器可以很好的抑制副邊電 壓尖峰和電壓振蕩 且實(shí)現(xiàn)無損吸收 但是加有源輔助電路的全橋變換器增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度 和成本 并且由于有源開關(guān)的非理想特性會(huì)限制全橋變換器進(jìn)一步的高頻化 8 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 無源輔助電路由電感 電容及二極管等無源器件組成 無源輔助電路結(jié)構(gòu)簡單 利于實(shí)現(xiàn) 且不受開關(guān)頻率的限制 因此本文選擇基于無源輔助電路的全橋變換器作為研究的重點(diǎn) 1 4 本文的主要研究內(nèi)容及意義 全橋變換器因其自身的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于中大功率場合 但是現(xiàn)有的一些拓?fù)溥€存在著自身 的一些缺點(diǎn) 繼續(xù)研究全橋變換器的技術(shù)途徑 改善全橋變換器的工作特性 使其在整個(gè)負(fù)載 范圍內(nèi)高效率 高可靠性工作以應(yīng)用于更多實(shí)際場合仍然是個(gè)具有較大理論意義和實(shí)用價(jià)值的 課題 本文在前人工作的基礎(chǔ)上 對(duì)基于無源輔助電路的全橋變換器軟開關(guān)技術(shù)做了進(jìn)一步的 研究 本文研究了兩個(gè)不同的全橋拓?fù)?論文詳細(xì)分析了采用移相控制策略無源輔助電路全橋 變換器的工作原理 給出詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法 最后通過l k w 的原理樣機(jī) 分別給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果 驗(yàn)證了變換器原理的可行性 本文的主要內(nèi)容如下 第一章為緒論 詳細(xì)介紹了軟開關(guān)發(fā)展歷史及其分類 同時(shí)介紹了移相全橋z v sp w m 變 換器的研究現(xiàn)狀 最后介紹了論文的研究任務(wù) 第二章提出了基于感容無源輔助電路全橋變換器 介紹其工作原理和穩(wěn)態(tài)特性 給出了詳 細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法 通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證 第三章在原有基于感容無源輔助電路全橋變換器的基礎(chǔ)上 提出了改進(jìn)型全橋變換器 分 析了其工作原理 最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 第四章對(duì)兩種拓?fù)溥M(jìn)行損耗對(duì)比分析 最后給出了兩臺(tái)樣機(jī)的效率曲線 第五章是結(jié)束語 對(duì)全文工作進(jìn)行小結(jié) 并提出需進(jìn)一步研究的內(nèi)容 9 基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 第二章基于感容無源輔助電路全橋變換器 2 1 工作原理 2 1 1 主電路 本文提出的采用基于感容無源輔助電路的z v sp w m 移相全橋變換器如圖2 1 所示 其由兩 部分組成 傳統(tǒng)的全橋變換器和無源輔助電路 其中q l q 4 是四只主開關(guān)管 q l 和q 3 組成超前 橋臂 q 2 和q 4 組成滯后橋臂 d 1 d 4 分別是q l q 4 的寄生二極管 c 1 c 1 分別是q l q 4 的寄生電 容 乃是主功率變壓器 其原副邊匝比為款l 漏感為厶 協(xié)l 和 是輸出整流二極管 厶 是輸出濾波電感 c r 是輸出濾波電容 r z a 是負(fù)載 本文副邊輸出整流采用全波整流方式 在實(shí) 際應(yīng)用中 可以根據(jù)不同的輸出應(yīng)用場合將全波整流方式替換為全橋整流或倍流整流方式 c u r r e n t d o u b l e r r e c t i f i e r c d r 1 2 9 1 輔助電路由以下無源器件構(gòu)成 輔助電感厶l 和 隔直電 容g l 和c 0 2 0 n 一6 牛 r 蔫 l 等n 圖2 1 基于感容無源輔助電路全橋變換器的主電路 為了簡化分析過程 在分析變換器工作原理之前 作如下基本假設(shè) 1 所有開關(guān)管 二極管 電容 電感 變壓器均為理想元器件 2 c 1 c 3 2 c f 捌 c 2 2 c 4 2 c k 3 c 廠足夠大 輸出電壓 可認(rèn)為是一個(gè)恒壓源 4 隔直電容c o l g 2 足夠大 在開關(guān)周期內(nèi)電容端壓近似不變而看作理想電壓源 l 且v 1 v 砬 k 2 5 輸出濾波電感匆足夠大 且心妒鞏 2 1 2 工作模態(tài)分析 下面分析基于感容無源輔助電路全橋變換器的工作原理 變換器在半個(gè)周期內(nèi)分為5 個(gè)工 1 0 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 作模態(tài) 圖2 2 是變換器的主要工作波形示意圖 圖2 3 給出了該變換器在不同開關(guān)狀態(tài)下的等 效電路 隔直電容c a l c 0 2 的容量較大 因此分析過程中 可以將輔助電容等效為恒壓源 由 于位于同一橋臂的兩只開關(guān)管各自導(dǎo)通5 0 的時(shí)間 并且兩只輔助電感及主變壓器兩端的平均 電壓均為零 因此隔直電容c o l c a 的電壓幅值均為 2 呦占 l l 砌 i q iq 3 q l q 4q 2q 4 毛 i 一 夕 r l 一 7 i a j 二 一 一 乞l 一一 一 一 i l 口2 一一 一一一 i 緩 l殤 圖2 2 采用感容無源輔助電路的z v sp w m 全橋變換器的主要波形 其具體的工作情況描述如下 1 工作模態(tài)o t o p a 前 對(duì)應(yīng)于圖2 3 a t o 時(shí)刻之前 開關(guān)管q l 和翻導(dǎo)通 q 2 和q 3 關(guān)斷 呦 上整流二極管p r l 流過全部負(fù)載 電流厶 整流管 截止 原邊電流為 郴 電源向負(fù)載傳遞功率 由于隔直電容c a i c 2 的電壓均為v 2 因此主變壓器兩端電壓為 所以v i a l v j 2 輔助電感厶l 中電流也l 不斷增加 直至最大值兒l 對(duì)于么l 的峰值 忽略死區(qū)時(shí)間有 v 7 乞l 茜上 2 1 q 1 l 其中瓦為開關(guān)周期 從公式 2 1 可以看出 輔助電感電流的峰值隨著輸入電壓的變化而自 適應(yīng)的變化 輸入電壓越高 輔助電感提供實(shí)現(xiàn)z v s 的能量越高 2 工作模態(tài)l f o f l 對(duì)應(yīng)于圖2 3 b 基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 t o 時(shí)刻關(guān)斷q l 流入超前橋臂的電流轉(zhuǎn)移到c l 和c 3 中 一方面抽走c 3 上的電荷 同時(shí)給 c l 充電 在c l 和c 3 的緩沖下 開關(guān)管q l 近似零電壓關(guān)斷 由 逐漸變?yōu)榱?輔助電感承 受反壓 也l 由最大值億l 開始減小 但是由于時(shí)間很短 可以近似認(rèn)為在模態(tài)1 中 i 近似不 變 l i z 口l 開關(guān)管q l 和q 3 兩端的電壓可以分別表示為 啪 警 卜t o 2 2 k f 吒一蘭摯 一t o 2 3 f 1 時(shí)刻 c l 的電壓上升到 c 3 的電壓下降為零 即彳點(diǎn)的電位降為零 d 3 導(dǎo)通 從而模 態(tài)1 結(jié)束 該模態(tài)的持續(xù)時(shí)間可以表示為 鏟盎亳 3 工作模態(tài)2 h f 2 對(duì)應(yīng)于圖2 3 c 島導(dǎo)通將開關(guān)管9 的電壓箝在零位 可以零電壓開通奶 q l q 3 驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的死區(qū)時(shí) 間t d t l e a d t o l a 點(diǎn)電位下降為零 所以v a b o 主變壓器原邊繞組電壓也為零 原邊不向負(fù)載 提供能量 此時(shí)輔助電感如承受的電壓為一v j 2 因此如不斷減小 在t 2 時(shí)刻 k 中的電流降 為最小值叱2 同樣的 忽略死區(qū)時(shí)間 輔助電感三口2 的電流峰值可以表示為 i i 2 蟹 2 5 此時(shí)變壓器原邊繞組電壓降為0 因此副邊繞組電壓也為0 如果忽略漏感厶的存在 此時(shí) 整流管d r l d m 同時(shí)導(dǎo)通 但是由于變壓器漏感的存在 沒有電壓促使協(xié)l 和d r 2 換流 因此 上整流二極管p l r l 仍然流過全部負(fù)載電流 然而在實(shí)際電路中 存在使整流管p 尺l 和z k 換流的 微小電壓 但是由于換流電壓很小 因此大多數(shù)負(fù)載電流仍然流經(jīng)上整流管p 尺l 而下整流二 極管 只流過少部分負(fù)載電流 副邊整流管明顯的換流發(fā)生在州4 階段t 3 0 j 4 工作模態(tài)3 t 2 f 3 對(duì)應(yīng)于圖2 3 d 在t 2 時(shí)刻關(guān)斷q 4 流入滯后橋臂的電流給c 4 充電 同時(shí)給c 2 放電 q 4 為零電壓關(guān)斷 v a a 1 t 2 3 q 2 開通后 昀占一 此時(shí)副邊兩個(gè)整流管仍然同時(shí)導(dǎo)通 因此變壓器原邊繞組電壓為零 輸入電壓 直 接加在漏感厶上 原邊電流 先線性下降至零再反向線性上升 原邊電流下降率可以表示為 生d 一拿 2 t 1 0 厶 相對(duì)于傳統(tǒng)全橋變換器而言 采用感容無源輔助電路結(jié)構(gòu)全橋變換器的主變壓器漏感取值 j e 4 因此 文中所提的變換器占空比丟失大大減小 工作模態(tài)4 持續(xù)的時(shí)間可以近似表示為 厶 2 厶 厶 圪 2 1 1 6 工作模態(tài)5 t 4 t 4 對(duì)應(yīng)于圖2 3 f t 4 時(shí)刻 原邊電流 增加至可以提供負(fù)載電流 副邊輸出整流二極管功t l 和d m 換流成功 d m 關(guān)斷 d m 流過全部負(fù)載電流 電源給負(fù)載供電 鏟 肛 f 6 時(shí)刻 開關(guān)管q 3 關(guān)斷 變換器進(jìn)行后半個(gè)周期的工作 其工作情況類似于上述的半個(gè)周 期 此處不再贅述 a t o 以前 d r a 1 3 基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 1 4 b t o c t l t 2 d t 2 t 3 e f 3 t 4 等 v r d 乙 筮 薌 t 帚 紇 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 甜 鎏 饈 i 刪 m 日q 氣 琶 f f 4 f 5 圖2 3 各種開關(guān)模態(tài)等效電路圖 2 2 開關(guān)管z v s 的實(shí)現(xiàn)及變換器特性 2 2 1 開關(guān)管z v s 的實(shí)現(xiàn) 從上面分析可知 移相全橋變換器的開關(guān)管是在其輸出結(jié)電容的作用下實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷的 而零電壓開通是通過變壓器漏感 或串聯(lián)諧振電感 和開關(guān)管輸出結(jié)電容產(chǎn)生諧振實(shí)現(xiàn)的 通過 諧振使得同一橋臂上將要關(guān)斷的開關(guān)管結(jié)電容充電 同時(shí)給將要開通的開關(guān)管結(jié)電容放電 當(dāng) 電容放電結(jié)束后 給出開關(guān)管的導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)信號(hào) 從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通 所以 實(shí)現(xiàn)開 關(guān)管的零電壓開通 必須滿足以下兩個(gè)條件 1 要實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通 必須有足夠的能量來抽走將要開通的開關(guān)管結(jié)電容上的 電荷和變壓器原邊繞組寄生電容c 腰上的電荷 并給同一橋臂將要關(guān)斷的開關(guān)管結(jié)電容充科4 1 即 e 三乞吃 三氣瑤 三c 豫曙 氣吃 三 瑤 2 1 2 式中 為開關(guān)管的輸出結(jié)電容 c r r 是變壓器原邊繞組寄生電容 2 開關(guān)管的導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須在開關(guān)管結(jié)電容完全放電后給出 也就是說同一橋臂的開 關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的死區(qū)時(shí)間必須要大于電容的充放電時(shí)間 1 超前臂z v s 的實(shí)現(xiàn) 從開關(guān)模態(tài)l 的分析可知 超前管要實(shí)現(xiàn)z v s 必須要有足夠的能量來抽走即將開通的開 關(guān)管9 的結(jié)電容c 3 的電荷 并給關(guān)斷的開關(guān)管q 的結(jié)電容c l 充電 即 寺 露 k 2 0 寺乞 屹 瑤 2 1 3 一般說來 霞白的值足夠大 在超前橋臂開關(guān)過程中 其電流近似不變 類似于一個(gè)恒流 源 同時(shí)從前面開關(guān)模態(tài)分析可知 輔助電感三口l 也為超前橋臂實(shí)現(xiàn)z v s 提供了一部分能量 因此超前橋臂的開關(guān)管能夠在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)z v s 甚至在空載時(shí) 盡管此時(shí)濾波電感 西不參與超前臂換流 但是儲(chǔ)存于輔助電感厶l 中的能量依然能幫助超前管實(shí)現(xiàn)軟開關(guān) 1 5 基于新型無源輔助電路移相全橋z v s 變換器的研究 2 滯后臂z v s 的實(shí)現(xiàn) 從開關(guān)模態(tài)3 可知 在滯后橋臂的開關(guān)過程中 變壓器副邊是短路的 負(fù)載側(cè)與變壓器原 邊沒有關(guān)系 因此實(shí)現(xiàn)滯后臂軟開關(guān)的能量由漏感厶和輔助電感如來提供 t i p 丟厶霹 三乞 吃 c k 瑤 三c 承吆 2 1 4 當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí) 漏感所提供的能量較少 實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)所需要的能量主要是由輔助電感 厶砣提供 因此 在漏感很小的情況下 滯后橋臂開關(guān)管軟開關(guān)負(fù)載范圍的拓展主要依賴于輔助 電感如提供的能量 2 2 2 占空比丟失 在移相全橋z v sp w m 變換器中 由于變壓器漏感厶的存在 使得變壓器原邊電流從正向 變化到負(fù)向或從負(fù)向變化到正向時(shí) 需要一定的時(shí)間 圖2 2 模態(tài) 2 r 4 和模態(tài)脅 蜘中 雖然原 邊有i e 或負(fù) 的電壓方波 但原邊不足以提供負(fù)載電流 副邊的所有二極管都處于導(dǎo)通狀態(tài) 整流輸出v 矧電壓為零 這樣副邊就丟失了圖2 2 中陰影部分的電壓方波 5 1 從公式 2 1 0 p t 知 厶越小 占空比丟失越小 與傳統(tǒng)全橋變換器相比 本拓?fù)涞穆└腥≈悼梢钥刂频暮苄?因此 占空比丟失可以大大減小 從而可以適當(dāng)?shù)脑黾又髯儔浩髟边叺脑驯?進(jìn)一步降低變換器的 通態(tài)損耗 提高變換器的效率 同時(shí)副邊輸出整流二極管上的電壓應(yīng)力也相應(yīng)減小 2 3 輔助電路參數(shù)設(shè)計(jì) 2 3 1 輔助電感厶l 參數(shù)選取及超前臂軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件 對(duì)于超前臂而言 變換器能在整個(gè)輸入電壓和全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān) 空載時(shí) 超前臂 實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的能量完全由輔助電感 口l 提供 即在規(guī)定的死區(qū)時(shí)間鋤砌內(nèi) 輔助電感產(chǎn)生的電 流如嘩需要完全抽走超前橋臂即將開通的開關(guān)管的電荷 即 l 哪 塒 等 m c 乙 2 1 5 由公式 2 1 和 2 1 5 可得到 k s 蒜戔 2 1 6 根據(jù)公式 2 1 6 可以得到不同超前橋臂結(jié)電容g 刪取值下輔助電感厶1 與死區(qū)時(shí)間 的 關(guān)系圖 如圖2 4 所示 從圖中可以看出 在一定的死區(qū)時(shí)間條件下 超前臂開關(guān)管結(jié)電容越 大 所需輔助電感值越小 死區(qū)時(shí)間越小 所需輔助電感感值越小 輔助電感感值越小 電感 峰值電流越大 導(dǎo)通損耗隨之增加 最后根據(jù)超前臂死區(qū)時(shí)間及超前橋臂結(jié)電容等參數(shù) 選取厶l 2 5 0 0 h 1 6 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 薹 鼉 寸 6 0 0 4 0 0 0 一 么 二 幺 一刪 多 三 j w p r 一一4 0 0 p f 一5 0 0 p f 6 0 0 p f 01 0 02 0 03 0 0 4 0 0 m n s 圖2 4 輔助電感厶l 取值與死區(qū)時(shí)間關(guān)系圖 2 3 2 輔助電感三口2 參數(shù)選取及滯后臂軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件 在分析滯后臂前 先假設(shè)死區(qū)時(shí)間為鉚吲 硝 其中 瓦 2 r 4 2 l c 乙 同時(shí)忽略原 邊電流紋波 即原邊電流f 口 厶 由于滯后臂相對(duì)超前臂而言實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的方式不同 滯后臂的暫態(tài)過程可以按照負(fù)載條件 分為兩種情況 如圖2 5 所示 在多數(shù)負(fù)載條件下 變換器僅經(jīng)歷工作階段i 其等效電路如圖 2 5 a 所示 原邊電流 p 不斷減小 滯后橋臂結(jié)電容c 4 電壓 v c 4 不斷上升 當(dāng)1 c 4 電壓上升至 時(shí) 即可零電壓開通q 當(dāng)暫態(tài)過程從t 2 開始時(shí) 工作階段i 中v c 4 電壓如公式 2 7 所示 但是由于漏感厶取值較小 因此滯后臂換流諧振周期較短 在某些負(fù)載條件下 會(huì)出現(xiàn)原 邊電流下降至負(fù)載折算電流一厶 而滯后橋臂結(jié)電容電壓翰仍然未上升至 那么變換器進(jìn) 入工作階段i i 如圖2 5 b 所示 此時(shí)輔助電流不僅需要繼續(xù)抽走滯后橋臂結(jié)