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      一種新穎的ZVZCSPWM全橋變換器

      作者: 時(shí)間:2011-02-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

      本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/179638.htm

      t5時(shí)刻,C3上的電量被完全釋放,C3電壓下降到零,同時(shí)開(kāi)關(guān)管S3零電壓導(dǎo)通。原邊電壓vAB也下降到零。

      6)開(kāi)關(guān)模態(tài)6[t5t6] 該模態(tài)下,變壓器次級(jí)電壓反射到初級(jí)上的電壓加到了變壓器的漏感上,原邊電流以更快的速率下降到零。

      圖4 Ch不同最大電壓值VH對(duì)應(yīng)的ZVS范圍

      ip(t)=cos(ωbtm5)-sin(ωct)(8)

      式中:ωc=

      tm5=t5t4;

      Zc=。

      變壓器次級(jí)電壓按式(9)規(guī)律下降。

      vsec(t)=VHcos(ωct)(9)

      7)開(kāi)關(guān)模態(tài)7[t6,t7] 原邊電流復(fù)位,整流二極管關(guān)斷。電容Ch通過(guò)Dd放電,向負(fù)載提供電流。變壓器次級(jí)電壓按式(10)規(guī)律下降到零。

      vsec(t)=VHcos(ωctm6)-t(10)

      式中:tm6=t6t5

      8)開(kāi)關(guān)模態(tài)8[t7,t8] Ch完全放電,輸出感應(yīng)電流通過(guò)續(xù)流二極管Df續(xù)流。在t8時(shí)刻,開(kāi)關(guān)管S4的驅(qū)動(dòng)脈沖下降為零,S4零電流關(guān)斷。

      1.2 變換器在輕載條件下工作

      假定變換器工作在輕載條件下,隨著負(fù)載電流的降低,Ch在模態(tài)7時(shí)不能完全放電,其上電流在t10時(shí)刻以前連續(xù)地提供給負(fù)載,其電壓的最大值與最小值之間的差值可通過(guò)對(duì)自身的放電電流積分來(lái)獲得,如式(11)所示。

      =ICh(t)dt(1-D)(11)

      式中:Ts為開(kāi)關(guān)周期。

      由式(11)可以看出,在帶輕載的條件下,式(3)所表示的Ch上的電流產(chǎn)生如下變化。

      iCh(t)=-()sin(ωct)

      怠眨(1-D)sin(ωct)(12)

      從式(12)可以看出,環(huán)路電流對(duì)吸持電容的充放電隨著負(fù)載電流的降低而降低,也就是說(shuō)電流環(huán)可根據(jù)負(fù)載的情況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

      2 電路設(shè)計(jì)

      2.1 超前臂的ZVS條件

      為了實(shí)現(xiàn)超前臂的ZVS,開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)當(dāng)在死區(qū)時(shí)間內(nèi)下降到零,即:

      tdead>tm4tm5(13)

      式中:

      tm4=t4t3=nCeq(14)

      tm5=t5t4=arcsin=arcsin(15)

      從式(15)可以看出,保證開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS的最小電流可由式(16)得到。

      =n2VH(16)

      不同的吸持電容Ch數(shù)值與最大電壓值VH所對(duì)應(yīng)的ZVS范圍如圖4所示。開(kāi)關(guān)管超前臂的關(guān)斷損耗可通過(guò)給IGBT增加外接緩沖電容來(lái)減小。從圖4還可以看出大電容Ceq對(duì)ZVS范圍的限制。因此,Ceq的選擇應(yīng)綜合考慮ZVS范圍和超前臂的開(kāi)關(guān)關(guān)斷損耗。

      2.2 滯后臂的ZCS條件

      吸持電容的歸一化值如式(17)所示。

      Chn=(17)

      圖5所示為吸持電容不同歸一化值所對(duì)應(yīng)的原邊電流的復(fù)位情況。為了實(shí)現(xiàn)滯后臂的ZCS,Ch的能量應(yīng)該足夠大,從而通過(guò)Lr使原邊電流復(fù)位,且原邊電流應(yīng)當(dāng)在滯后臂關(guān)斷之前減小到

      圖5不同歸一化Ch值對(duì)應(yīng)的原邊電流的復(fù)位零。從式(11)、式(12)、式(15)、式(16)、式(17)可得到式(18)。

      arcsin(1-D)(18)

      從式(18)和圖5可以看出,為了確保ZCS,應(yīng)當(dāng)增加ChVH的值。但是,VH的最大值不能高于輸入電壓反射到次級(jí)的電壓Vs/n;同樣,大電容Ch增大了環(huán)路電流,而環(huán)路電流又通過(guò)Ch間接加到了負(fù)載。綜合考慮,軟開(kāi)關(guān)在變換器功耗方面的效果不僅與開(kāi)關(guān)損耗的減小有關(guān),還與由軟開(kāi)關(guān)引起的附加導(dǎo)通損耗有關(guān)。為了獲得預(yù)期的效率,要求在設(shè)計(jì)時(shí)Ch的值取得越小越好,從而使附加導(dǎo)通損耗最小化。

      圖5 不同歸一化Ch值對(duì)應(yīng)的原邊電流的復(fù)位

      2.3 輸出耦合電感

      為了保證輔助電路二極管Dc的軟變換,輸出耦合電感的漏感Llks應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足式(19)。

      Llks(19)

      式中:Dmin為最小占空比。

      Ch充電的諧振電流也耦合到了輸出電感電流中,從而增加了輸出電容的電流紋波。因此,Llks應(yīng)當(dāng)在滿(mǎn)足式(19)的條件下盡量取大,以減小諧波電流的有效值。

      3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

      為了驗(yàn)證ZVZCS PWM全橋變換器的工作原理和性能,在實(shí)驗(yàn)室完成了一臺(tái)80V/50A,80kHz的樣機(jī),其電路如圖6所示,參數(shù)如下:

      圖6 樣機(jī)電路原理圖



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