零电压过渡正激型软开关拓扑结构Word文档下载推荐.docx
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年代末期的20kHz迅速提高到现在的500kHz-1MHz,
软开关技术主要包括一系列软开关电路拓扑及相应的控制技术,从出现至今,已经历了不断完善的三个发展阶段!
11:
1)零电压和零电流准谐振电路;
2),V电压和零电流开关PWM电路;
3)!
T电压和零电流过渡PWM电路.其中零电压过渡PWM(ZVTPWM)电路具有高效、易于实现、开关频率固定等诸多优点,被广泛地用于PFC整流电路和各种DC-DC变换
电路。
然而这一拓扑也存在一些不足之处,电路中的辅助开关工作在硬开关的条件下,会产生一定的开关损耗和开关噪声,因此有必要寻求新的拓扑,改善铺助开关的开关条件.本文针对应用十分广泛的正激型电路,分析了零电压过渡PWM电路的基本原理和存在的问题,并提出了一种新的辅助开关零电流关断的零电压过渡PWM拓扑,它结构简单,容易实现.在一个功率为100W的装置上进行的实验证实了电路的可行性,同硬开关电路相比,电路的效率有了明显的提高.
二、零电压过渡PWIA软开关电路的基本原理存在的主要问题
以正激型电路为例,零电压过渡PWM(ZVTPWM)电路的拓扑见图la,其各点的原理性波形见图b
辅助开关VM超前于主开关VI开通,通过L}1与C的谐振使Vi两端的电压,咚降为雳,这时使vi开通,就不会产生开通损耗.由于C的存在,vi关断后电压UCE的上升IMM,因此vi的关断损耗也会明显降低.VI的关断使二极管VDI关断,而VI的开通使VD2关断,由VD、和VD:
关断时经历严重的反向恢复过程,产生损耗和噪声.高的迄弄黔弄通后,辅助开关VM关断,电感Lrl的电流转移到、中,。
二极管VD3向电源回懊.辅助开关VM是硬关断的.一在新PWM电路虫主开关器件和整流二极管的开关条件都是很好的,但辅助开关的却并不好。
辅助开关处理的电流有效值并不大,所以可以用电流容量较小的器件,通态损耗并不大.伽开通后其电流上升率受谐振电感Lr、限制,因此其开通损耗也不会很大,但其关断时电流很大,一般大于主开关vi关断的电流,而且VM关断后其两端电压上升很快,因此,辅助开关的关断损耗会比较大.
三、新的软开关电路拓扑及工作原理
图2拓扑及原理性波形
这一拓扑的墓本结构是单管正激型电路,主开关为VI,图中画出了它的反并联二极管,电容C包含了实际的电容元件和VI的结电容,VDI,VD2为二次侧整流电路,电感L和电容C构成输出滤波电路.同传统的硬开关正激电路不同,新的电路中没有复位绕组,变压器磁心复位的原理本文将详细介绍.绕组N3、谐振电感L零电压过渡。
二极管VD3和辅助开关VM构成辅助换电路,实现主开关的变压器的匝比为Ni:
N3=1:
K,(K>
1).N,:
N2=1:
K,K关断后主开关两端电压uCE上升率受到限制,vi的关断损耗也会明显降低.
这种拓扑不仅改善了主开关VI的开通和关断条件,而且辅助开关VM的也是在零电流的条件下关断的,四个二极管的关断过程也是“软”的,这样,所有的开关器件的开关条件都比较好,电路的总损耗会明显下降.
四、变压器磁芯的复位
与传统的正激电路不同,新的拓扑中没有变压器复位绕组和复位用的二极管,主开关关断期间变压器的复位由电容G完成.VI关断后、变压器的激磁电感L二与电容G形成谐振,等效电路如图3a,VI关断后,输出滤波电感L向电容C充电、uCE迅速上升,当uCE=Ui,时,二极管VD2导通,VDi关断,L、开始同C谐振,存储在Lm中的激磁电流IL.向C充电,uCE逐渐升高,激磁电流则不断减小,当激磁电流减小到零时·
UCa达到峰值、此时变压器的碱动势已为零,磁通的值为剩磁.接下来C开始通过Lm放电,激磁电流反向,变压器中磁动势反向,磁通进一步降低,直到VI开通.
图3复位过程谐振等效电路和原理性波形
传统的正激电路由于复位电路中电流不能反向,因此复位后磁通为剩磁,变压器磁心的利用率受到限制、而新的电路在复位过程中磁通可以低于剩磁,甚至低于零,大大提高了变压器磁心的利用率、在同样的工作电压和开关频率的条件下,可以减少匝数或降低损耗,有利于提高效率、降低成本.复位过程中C的谐振电压最大值为
其中,I+为激磁电流的正向峰值.因为开关管要承受的电压Um,因此谐振峰值电压不应太高.谐振的周期
若要磁心能可靠复位,则谐振的电压峰值应出现在VI再次开通前,则必须
五、实验及结果分析
实验装置如图2a、其中主开关vi采用IGBT:
1MB60D-100(1000V.60A),辅助开关VM采用MOSFET:
IRFP450(500V.14A),二极管w,采用快恢复二极管:
DSEI12-10(I000V.12A),二次侧整流二极管VD,和VD2采用快恢复二极管:
Iv1UR3040(400V.30A).
变压器绕组参数为N,:
NZ:
N3=1:
0.8:
1.2.谐振电容C取4.7nF,谐振电感L}取244H。
开关频率为“kHz,辅助开关开通超前时间At取750ns、装置的输出电压采用负电压反馈的方法稳定于30.2V,输出功率为1IOW,而输人电压的变化范围是120-150V_EACS'
98-40D应用电力电子技术的变流器219实验按三个步骤进行:
5.1.没有电容C的硬开关工作
这时辅助开关支路被断开,电容cr未接人.为了便}Jl`}}}p!
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}c11,,a3'
Uras}uut复位绕组,电路中增加了二极管.电路处于硬开通、硬关断的工作状况,主开关的驱动电压UGE和集一射电压。
二的波形如图4.可以看出,开通和关断时的}ducPldt}都很大。
这一实验模拟了实际中小功率应用的无吸收电路的上作状沉
5.2.有电容C的硬开关工作
这时辅助开关支路断开,但接人电容C的驱动电压uce和集一射电压uce的波形如图5,电路处于硬开通、软关断的工作状况,开关.可以看出,开通时的}duce/dt很大,但关断后uce的上升率受到抑制,因此关断损耗将会降低
辅助开关两端的电压Up。
和电流、见图7、可以看出,在邢助汁夭天助lucs卜降J90,
其支路的电流就已经下降为零了,因此辅助开关不会有关断损耗,而且在开通后。
辅助开关中的电流的上升率并不太大,因此其开通时的损耗也不会很明显.
六、结论
本文分析了零电压过渡PWM电路的不足之处,即辅助开关的硬开关过程降低了电路的损耗,在此基础上,本文提出了一种辅助开关是零电流关断的正激型零电压过渡PWM软开关电路,并对其工作原理和参数设计方法进行了介绍.在一个HOW的装置上进行的实验证实了这种电路的可行性,并具有如下优点:
1)电路简单.同原正激电路相比,仅增加了辅助开关、谐振电感、谐振电容和一个二极管,以及变压器的一个绕组、并且容量都很小,同时原来电路中的吸收电路(RC或RCD)都可以省去,磁心复位绕组和二极管也可以省去.
2)效率高.新拓扑的效率明显高于硬开关电路.
3)磁心利用率提高,新的拓扑的变压器磁心可以正负双向激磁,工作于磁化曲线的I.m象限,同绕组复位方式相比,磁心利用率大大提高.
4)易于实现.辅助开关的控制很简单,其开通比主开关提前一定的时间At,·
而关断可以于主开关同时,因此可以采用现有的ZVTPWM控制芯片,增加一个逻辑电路来实现。
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- 关 键 词:
- 电压 过渡 正激型软 开关 拓扑 结构