松耦合全橋諧振變換器的傳輸特性分析研究
圖6為負(fù)載不同時阻抗角和輸出電壓變化的matlab仿真圖,由圖可見,在負(fù)載不變的情況下,隨著頻率的變化,輸出電壓有兩個極值點(diǎn)。輸出電壓的極值是在高諧振頻率和低諧振頻率點(diǎn)取得的,在中間的諧振點(diǎn),輸出電壓較低,相應(yīng)的輸出功率就較小。該規(guī)律可以用反應(yīng)阻抗的概念來解釋。由式(6),的實(shí)部就是就是副邊阻抗反映到原邊阻抗的實(shí)部,所取得的功率即是副邊負(fù)載所取得的功率[2]。
圖7反映阻抗實(shí)部和阻抗角變化圖
圖7為,,負(fù)載為原邊阻抗角和副邊反映阻抗實(shí)部隨著頻率變化圖。由圖可見,在高諧振點(diǎn)和低諧振點(diǎn),反映阻抗實(shí)部比較小,相應(yīng)的得到了較大的輸出功率,而在中間的諧振點(diǎn),反映阻抗實(shí)部達(dá)到了最大值,故輸出功率較小。
由圖6還可以得出,當(dāng)原副邊補(bǔ)償電容不變,負(fù)載電阻在一定范圍內(nèi)變化時,諧振頻率基本不變。
在上面的計算仿真中,沒有考慮電路的損耗。圖8為,,負(fù)載分別為、、,考慮原副邊損
圖8考慮損耗時輸出
耗時的輸出電壓變化情況。在考慮原副邊損耗時,輸出電壓有了較大幅度的變化。負(fù)載電阻值越大,輸出電壓越高。
4發(fā)生頻率分叉現(xiàn)象時工作頻率的選取
圖9和圖10分別是和改變時的阻抗角和輸出電壓隨開關(guān)頻率變化圖。綜合圖6、9、10,可以看出,雖然低諧振點(diǎn)和高諧振點(diǎn)都可能得到較大的功率輸出,但在低諧振點(diǎn)附近,輸出電壓隨著頻率變化的曲線非常陡,說明輸出電壓對頻率的變化非常敏感。頻率稍微偏離低諧振點(diǎn),輸出電壓就會變化很多。
圖9 Cp不同時電壓和阻抗角變化圖
圖10 Cs不同時的電壓和阻抗角變化圖
在低諧振頻率點(diǎn)附近的最高輸出電壓還隨著補(bǔ)償電容和的變化而變化,而且變化的幅度很大,說明了輸出功率也有大幅度的變化。而高諧振點(diǎn)附近,輸出的最高電壓變化幅度很小,可以得到比較穩(wěn)定的功率輸出。
此外,低諧振點(diǎn)的頻率較小,如果需副邊輸出相同的功率,工作于低諧振點(diǎn)時的開關(guān)器件的電流應(yīng)力比高諧振點(diǎn)大,這在大功率應(yīng)用中,導(dǎo)通損耗將增加很多。
綜上所述,在本文的實(shí)驗(yàn)中,所選取的工作頻率在高諧振點(diǎn)附近。
當(dāng)原邊補(bǔ)償電容或者副邊補(bǔ)償電容增加時,由圖9和圖10可知電路的諧振頻率將減小。在實(shí)際應(yīng)用中,如果采用頻率跟蹤的控制方法,只要選取合適的補(bǔ)償電容,使電路的高諧振點(diǎn)頻率與其他兩個諧振點(diǎn)頻率相差比較大,遠(yuǎn)離其他兩個諧振點(diǎn),就能使頻率跟蹤電路易于工作在高諧振點(diǎn)附近,得到較大的功率輸出。當(dāng)原副邊為串聯(lián)補(bǔ)償?shù)乃?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/耦合">耦合變換器補(bǔ)償電容在一定范圍內(nèi)變化時,如果采用頻率跟蹤的控制方式,就能使負(fù)載得到最大功率的輸出。這時,在副邊功率相同的情況下,原邊所需的視在功率最小,系統(tǒng)效率最高。
5實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
為了驗(yàn)證文中理論分析,針對于原副邊邊均為串聯(lián)補(bǔ)償?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/變換器">變換器,設(shè)計制作了一臺松耦合全橋變換器的原理樣機(jī)。松耦合變壓器采用UF100B的U型磁芯,原副邊繞組匝數(shù)為20匝,每個磁芯的兩個芯柱各繞10匝,以盡量提高耦合系數(shù),氣隙。參數(shù):, , ,, 圖8為,,負(fù)載分別為、時的輸出與頻率之間的關(guān)系圖。由圖11可見,在開關(guān)頻率為的時候,兩種負(fù)載下輸出電壓都達(dá)到最大值,說明此時電路基本處于諧振頻率狀態(tài)。這也驗(yàn)證了負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時諧振頻率基本不變。而且,輸出電壓
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