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組合式雙管正激直流變壓器研究

作者: 時(shí)間:2012-03-20 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/230884.htm

隨著大功率電力電子元器件的發(fā)展,通過(guò)電力電子變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)電壓變換和能量傳遞的新型變壓器——得到了越來(lái)越多的關(guān)注。在接近l00%的占空比下工作,輸出省去了濾波電感,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;采用開(kāi)環(huán)控制,易于實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān),提高功率密度。有些學(xué)者將其應(yīng)用在頻率、電壓相同或不同的兩個(gè)或多個(gè)交流系統(tǒng)之間,實(shí)現(xiàn)隔離和能量傳輸[1]-[4]。也有學(xué)者將其應(yīng)用在需要隔離而不需要調(diào)壓的直流應(yīng)用場(chǎng)合[5]-[8],以提高多級(jí)結(jié)構(gòu)的電壓調(diào)整模塊供電系統(tǒng)的效率和功率密度。

本文提出了一種組合式雙管正激。該電路利用箝位二極管將開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力箝位在輸入電壓,并利用變壓器原邊串聯(lián)電感(包括變壓器漏感)和開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容諧振實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的(ZVS)。同時(shí),利用輸出濾波電容的箝位作用,限制了副邊整流二極管的電壓尖峰。文中詳細(xì)分析了變壓器的工作原理,并討論了變壓器的輸出特性、零電壓開(kāi)通條件。最后在原理樣機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2電路拓?fù)渑c工作原理

組合式雙管正激直流變壓器主電路拓?fù)淙鐖D1所示,包括輸入電源Uin、功率開(kāi)關(guān)管(S1、S2、S3、S4)、兩個(gè)原邊箝位二極管D1和D2、串聯(lián)電感Lr1和Lr2(包括變壓器漏感)、功率變壓器T(Np1、Np2、Ns1、Ns2組成)、副邊整流電路(D3和D4)和輸出濾波電容(Cout)組成。其電路結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn):(1)由兩路原邊并聯(lián)而成,并且兩路在原邊共用兩個(gè)箝位二極管D1和D2;(2)變壓器T采用磁集成技術(shù),由Np1、Np2、Ns1、Ns2組成;(3)輸出不含濾波電感。

圖1新型直流變壓器原理圖

圖2主要波形圖

為了分析其工作狀態(tài),作如下假設(shè):

(1)變換器工作已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài);

(2)S1、S2、S3和S4由理想開(kāi)關(guān)、寄生二極管和電容構(gòu)成,容值C1=C2=C3=C4=Cs;Cd3、Cd4分別為D3、D4的寄生電容,且有Cd3=Cd4=Cd;

(3)Lr1、Lr2為變壓器原邊串聯(lián)電感,包含變壓器兩個(gè)原邊的漏感,且有Lr1=Lr2=Lr;

(4)變壓器T滿足:Np1=Np2,Ns1=Ns2,且有匝比Np1/Ns1=n。

該直流變壓器在半個(gè)周期內(nèi)有五個(gè)工作模態(tài),主要波形如圖2所示,每個(gè)工作模態(tài)對(duì)應(yīng)的等效電路如圖3所示。

2.1工作模態(tài)1[t0,t1]

等效電路如圖3(a)所示。在t0時(shí)刻以前,S3、S4關(guān)斷,S1、S2開(kāi)通,副邊整流管D3導(dǎo)通,輸入電源通過(guò)變壓器原邊Np1向副邊傳遞能量。t0時(shí)刻,開(kāi)關(guān)S1、S2關(guān)斷,此后,電感Lr1、Lr2與開(kāi)關(guān)寄生電容一起諧振。當(dāng)S1、S2兩端電壓上升至Uin,S3、S4兩端電壓下降為零時(shí),該模態(tài)結(jié)束。在該模態(tài)中,原邊電感電流為:

上述四式中,為諧振角頻率,為諧振特征阻抗。Ip為原邊電流iNp1在t0時(shí)刻的值。

2.2工作模態(tài)2[t1,t2]

等效電路如圖3(b)所示。在t1時(shí)刻,開(kāi)關(guān)S3、S4的寄生二極管導(dǎo)通,電感Lr1電流iLr1和電感Lr2電流iLr2在輸入電壓和副邊折算到原邊的電壓共同作用下,分別線性下降和上升。該模態(tài)中,開(kāi)關(guān)兩端電壓保持不變。在該模態(tài)中

2.3工作模態(tài)3[t2,t3]

等效電路如圖3(b)所示。在t2時(shí)刻,開(kāi)關(guān)S3、S4導(dǎo)通,由于開(kāi)關(guān)S3、S4的寄生二極管導(dǎo)通,開(kāi)關(guān)為ZVS開(kāi)通。電感Lr1電流iLr1和電感Lr2電流iLr2在輸入電壓和副邊折算到原邊的電壓共同作用下,分別線性下降和上升。當(dāng)兩電感電流相等時(shí),開(kāi)關(guān)S3、S4的寄生二極管截止,相應(yīng)的副邊Ns1電流減小到零,副邊整流二極管D3截止,該模態(tài)結(jié)束。在該模態(tài)中,漏感電流分別為:

2.4工作模態(tài)4[t3,t4]

等效電路如圖3(c)所示。在t3時(shí)刻副邊整流二極管D3截止,變壓器副邊電壓開(kāi)始反向。該過(guò)程中電感Lr(原邊電感Lr1、Lr2折算到副邊的電感值)與副邊整流二極管的寄生電容諧振工作,Cd4放電、Cd3充電。當(dāng)副邊電壓為-Uo時(shí),該模態(tài)結(jié)束。在該模態(tài)中

上述三式中,為諧振角頻率,為諧振特征阻抗。Is為副邊電流iNs2在t4時(shí)刻的值。


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