实验一BuckZCS软开关电路实验.docx
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实验一BuckZCS软开关电路实验
实验一BuckZCS软开关电路实验
一.实验目的
1.加深对零电流准谐振软开关电路工作原理的理解;
2.了解零电流准谐振软开关电路的调试方法;
3.了解零电流准谐振软开关电路的优缺点。
二.实验电路原理及实验线路
为了改善开关管的工况,在20世纪80年代出现了准谐振软开关变换器技术。
对于零电流准谐振软开关电路的基本思想是:
在开关管串接一电感Lr,和电容Cr谐振,在开关管开通之前,谐振电感Lr中的电流为零,当开关管开通时,谐振电感Lr限制开关管中的电流从零上升,从而实现了开关管的零电流开通;当开关管关断时,Lr和Cr谐振,从而使Lr中的电流回到零,从而实现了开关管的零电流关断。
本实验现以BuckZCS变换器为例,分析其电路工作原理,如图3-66所示:
图3-66BuckZCS变换器工作原理及波形图
在一个开关周期T中,该变换器有四种开关状态。
在分析之前,作出如下假设:
1)所有开关管、二极管均为理想器件;
2)所有电感、电容和变压器均为理想元件;
3)Lf》Lr;
4)Lf足够大,在一个开关周期中,其电流基本保持不变,为IO。
这样Lf和Cf以及负载电阻可以看成一个电流为IO的恒流源。
这里给出以下物理量的定义:
特征阻抗
;
谐振角频率
;
谐振频率
谐振周期
1.电感充电阶段[t0,t1]
在t0时刻之前,开关管Ql处于关断状态,输出滤波电感电流I0通过续流二极管D1流过。
谐振电感电流iLr为O,谐振电容电压VCr也为O。
在t0时刻,Q1开通,加在Lr上的电压为Vin,其电流从O线性上升,因此,Q1是零电流开通。
而D1中的电流为:
在t1时刻,iLr上升到I0,此时iD1=O,D1自然关断。
持续时间为:
t01=LrI0/Vin
2.谐振阶段[t1,t1a,t1b,t2]
从t1时刻开始,Lr和Cr开始谐振工作,Lr的电流和Cr的电压的表达式为:
经过1/2Tr,到达t1a时刻,iLr减小到I0,此时Vcr达到最大值Vcrmax=2Vin。
在t1b时刻,iLr减小到O,此时开关管Q1的反并二极管DQl导通,iLr继续反方向流动。
在t2时刻,iLr再次减小到O。
在[t1b,t2]时段,DQl导通,Q1中的电流为零,这时关断Q1,则Q1是零电流关断。
在t2时刻,谐振电容电压为:
从上面的分析可知,在此开关模态结束时,iLr为O,谐振电容上的电压可用下式来表达:
此开关模态的持续时间为:
3.电容放电阶段[t2,t3]
在此开关模态中,由于iLr=O,输出滤波电感电流I0全部流过谐振电容,谐振电容放电,谐振电容电压为:
在t3时刻,VCr减小到O,续流二极管D1导通,此开关模态的持续时间为:
4.自然续流阶段[t3,t4]
在此开关模态中,输出滤波电感电流Io经过续流二极管D1续流。
在t4时刻,零电流开通Q1,开始下一个开关周期。
实验线路图如下:
图3-67BuckZCS软开关实验线路图
三.实验内容
1.用示波器观察BuckZCS电路的各个测量点波形,分析其工作原理;
2.了解BuckZCS电路的优缺点。
四.实验设备及仪器
1.电力电子技术探究性实验平台;
2.DDS35“准谐振软开关电路”实验挂箱;
3.NMCL-50数字直流表;
4.数字式万用表;
5.示波器等。
五.实验方法
先将电路选择开关拨向“BuckZCS电路”档。
开启DDSX01“电源控制屏”总电源开关;开启DDS-35“准谐振软开关电路”实验挂箱右下角电源开关。
用电压表测量输入直流电压(1、2端),然后,再测量输出直流电压(4,5端),调节BuckZCS调压旋钮,测定输出电压的工作范围。
用示波器同时测量开关管驱动波形(6、2端)和谐振电容上的电压波形(3、2端)。
调节BuckZCS调压旋钮,使输出直流电压分别在低、中、高三点,观察波形的变化,记录波形。
用示波器同时测量开关管驱动波形(6、2端)和谐振电感上的电流波形(7、2端)。
调节BuckZCS调压旋钮,使输出直流电压分别在低、中、高三点,观察波形的变化,记录波形。
测出输出直流电压分别在低、中、高三点时,对应的驱动波形的占空比。
六.实验报告
1.按时序分别画出输出直流电压在低、中、高三点时的电路工作波形图。
2.分析输出直流输出电压与驱动波形占空比的关系。
3.简述BuckZCS软开关电路的优缺点。
4.和Buck硬开关电路作一比较。
5.实验分析总结。
实验二BoostZVS软开关电路实验
一.实验目的
1.加深对准谐振零电压软开关电路工作原理的理解;
2.了解准谐振零电压软开关电路的调试方法;
3.了解准谐振零电压软开关电路的优缺点。
二.实验电路原理及实验线路
准谐振零电压软开关电路的基本思想是:
谐振电容Cr基本上是与开关管Q1并联的,在开关管导通时,谐振电容Cr上的电压为零;当开关管关断时,Cr限制开关管上电压的上升率,从而实现开关管的零电压关断;当开关管导通时;Lr和Cr谐振工作使Cr上的电压回到零,从而实现开关管的零电压开通。
其工作原理如图3-68所示:
图3-68BoostZVS软开关电路工作原理及波形图
在一个开关周期Tr中,该变换器有四种开关状态。
在分析之前,作出如下假设:
1)所有开关管、二极管均为理想器件;
2)所有电感、电容和变压器均为理想元件;
3)Lf>>Lr;
4)Lf足够大,在一个开关周期中,其电流基本保持不变,为Ii,这样Lf和输入电压Vin可以看成一个电流为Ii的恒流源;
5)Cf足够大,在一个开关周期中,其电压基本保持不变,为Vo,这样Cf和负载电阻可以看成一个电压为Vo的恒压源。
这里给出以下物理量的定义:
特征阻抗
谐振角频率
谐振频率
谐振周期
1.电容充电阶段[t0,t1]
在t0时刻之前,开关管Q1导通,输入电流Ii经过Q1续流,谐振电容Cr,上的电压为0。
D1处于关断状态,谐振电感Lr的电流为零。
在t0时刻,关断Q1,输入电流Ii从Q1中转移到Cr中,给Cr充电,电压从O开始线性上升,由于Cr的电压是慢慢开始上升的,那么Ql就是零电压关断。
在此开关模态中,Cr的电压为:
在t1时刻,Vcr上升到输出电压Uo,开关模态1结束,它的持续时间为:
2.谐振阶段[t1,t2]
从t1时刻起,D1开始导通,Lr与Cr谐振工作,谐振电感电流iLr从O开始增加,iLr和Vcr的表达式为:
经过Tr/2,到达t1a时刻,iLr等于Ii,此时Vcr到达最大值Vcrmax。
Vcrmax=Vo+IiZr
从t1a时刻开始,iLr大于Ii,此时Cr开始放电,其电压开始下降。
在t1b时刻,VCr减小到O,并且开始变为负电压;在t2时刻,VCr从负电压
上升到O,此时开通Ql,则Q1为零电压开通。
此时谐振电感电流为:
3.电感放电阶段[t2,t3]
在此开关模态中,Q1开通,输入电流Ii流经Q1,此时加在谐振电感两端的电压为-Vo,那么iLr线性减小。
在t3时刻,iLr减小到O,由于D1的阻断作用,iLr不能反方向流动,此开关模态结束,它的持续时间为:
4.自然续流阶段
在此开关模态中,谐振电感Lr和谐振电容Cr停止工作,输入电流Ii经过Ql续流,负载由输出滤波电容提供能量。
在t4时刻,Q1零电压关断,开始下一个开关周期。
实验线路如图3-69所示:
图3-69BoostZVS实验线路图
三.实验内容
1.示波器观察BoostZVS电路的各个测量点波形,分析其工作原理;
2.了解BoostZVS电路的优缺点。
四.实验设备及仪器
1.电力电子技术探究性实验平台;
2.DDS35“准谐振软开关电路”实验挂箱;
3.NMCL-50数字直流表;
4.数字式万用表;
5.示波器等。
五.实验方法
先将电路选择开关拨向“BoostZVS电路”档。
开启DDSX01“电源控制屏”总电源开关;开启DDS-35“准谐振软开关电路”实验挂箱右下角电源开关。
用电压表测量输入直流电压(1、2端),然后,再测量输出直流电压(5,6端),调节BoostZVS调压旋钮,测定输出电压的工作范围。
用示波器同时测量开关管驱动波形(7、2端)和谐振电容上的电压波形(3、2端)。
调节BoostZCS调压旋钮,使输出直流电压分别在低、中、高三点,同时观察波形的变化,记录波形。
用示波器同时测量开关管驱动波形(7、2端)和谐振电感上的电流波形(8、2端)。
调节BoostZVS调压旋钮,使输出直流电压分别在低、中、高三点,同时观察波形的变化,记录波形。
测出输出直流电压分别在低、中、高三点时,对应的驱动波形的占空比。
六、实验报告
1.按时序分别画出输出直流电压在低、中、高端时的电路工作波形图。
2.分析输出直流输出电压与驱动波形占空比的关系。
3.简述BoostZVS软开关电路的优缺点。
4.和Boost硬开关电路作一比较。
5.实验分析总结。
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- 实验 BuckZCS 开关电路
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