采用變壓器次級輔助繞組的軟開關(guān)PWM三電平變換器
模式7(t6~t7) t6時刻初級電流完全復(fù)位,整流電壓vrec(t6)=Vβ。然后整流二極管D7關(guān)斷,Ch提供全部負(fù)載電流,整流電壓迅速下降,簡化等效電路如圖3(c)所示。此模式下的整流電壓按式(11)線性下降。
vrec(t)=Vβ-t (11)
模式8(t7~t8) t7時刻Ch放電完畢,然后整流二極管D7,D8同時導(dǎo)通,均分負(fù)載電流。
模式9(t8~t9) t8時刻關(guān)斷S2,此時ip=0,因此S2是零電流關(guān)斷,以后是S2與S3的死區(qū)時間。t9時刻開通S3,由于Lk的存在,ip不能突變,所以S3是零電流開通,電路工作進(jìn)入另半個周期,其工作情況類似于前面的描述。從以上工作模式分析可以看出,這種變換器可以獲得很好的ZVZCS軟開關(guān)效果,并減小了占空比丟失。
2.2 ZVZCS軟開關(guān)效果
2.2.1 超前管的ZVS范圍
超前管并聯(lián)的電容首先利用輸出濾波電感的能量充電/放電(模式4),然后通過漏感儲能充電/放電(模式5),因此易于實現(xiàn)ZVS,但在負(fù)載很輕時,超前管的ZVS會受到限制。在模式4最后時刻的初級電壓等于維持電容電壓折算到初級的峰值,初級電流ip=Ion,從能量關(guān)系來看,若要實現(xiàn)ZVS,則漏感儲能要大于或等于維持電容儲能,即
Lk(Ion)2(C3+C4)
Io牛12)
式(12)決定了超前管的ZVS范圍,從式中可以看出,超前管的ZVS是由變壓器匝比,開關(guān)管并聯(lián)電容,變壓器漏感和輸入電壓共同決定的,當(dāng)電路中的條件滿足式(12)時,在任意負(fù)載條件下,超前管都可以實現(xiàn)ZVS。
2.2.2 滯后管的ZCS范圍
從前面的工作原理分析可知,初級電流由維持電容電壓來復(fù)位。在輕負(fù)載下,維持電容不能完全放電,所以充電少,負(fù)載越輕,維護(hù)電容峰值電壓越低。然而復(fù)位電流也隨負(fù)載電流的減小而減小,滯后管的ZCS也能通過很低的維持電容電壓獲得,因此,滯后管的ZCS變化范圍足夠?qū)挕?
3 實驗結(jié)果
一個2.7kW的變換器驗證了這些特性。輸入為三相50Hz/380V,輸出為直流27V/100A,變換器工作頻率為20kHz。超微晶ONL-805020,N1=30,N2=5,N3=2,Lk=5μH,Ch=20μF,功率模塊為2MBI50L-120X2。圖4-圖9為試驗得到的波形。實驗表明,該變換器可以在較輕負(fù)載下實現(xiàn)了軟開關(guān)。
圖4 S1集 電 極 電 壓 與 驅(qū) 動 波 形
Vin=600 V 10μs/div
圖5 S1與S2集 電 極 電 壓 波 形
Vin=600 V 10μs/div
圖6 變壓器初級電流波形
10μs/div 10A/div
圖7 S1零壓開通波形1:vcel(50V/div)
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