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(shí)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(gè)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(shí)，諧振頻率基本不變。

在上面的計(jì)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(shí)輸出

耗時(shí)的輸出電壓變化情況。在考慮原副邊損耗時(shí)，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(shí)工作頻率的選取

圖9和圖10分別是和改變時(shí)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(huì)變化很多。

圖9 Cp不同時(shí)電壓和阻抗角變化圖

圖10 Cs不同時(shí)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(shí)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(shí)，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(gè)諧振點(diǎn)頻率相差比較大，遠(yuǎn)離其他兩個(gè)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(shí)，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(shí)，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(jì)制作了一臺(tái)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(gè)磁芯的兩個(gè)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(shí)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(shí)候，兩種負(fù)載下輸出電壓都達(dá)到最大值，說明此時(shí)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(shí)諧振頻率基本不變。而且，輸出電壓