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| 改进型全桥移相ZVS-PWMDC/DC变换器 | |||||
收集整理：佚名 来源：本站整理 时间：2009-01-11 00:01:27 点击数：[]  |
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[本篇论文由上帝论文网为您收集整理，上帝论文网http://paper.5var.com将为您整理更多优秀的免费论文，谢谢您的支持] 关键词：全桥DC/DC变换器；零电压开关；死区时间 引言 移相控制的全桥PWM变换器是在中大功率DC/DC变换电路中最常用的电路拓扑形式之一。移相PWM控制方式利用开关管的结电容和高频变压器的漏电感作为谐振元件，使开关管达到零电压开通和关断。从而有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声，减少了器件开关过程中产生的电磁干扰，为变换器提高开关频率、提高效率、降低尺寸及重量提供了良好的条件。同时保持了电路拓扑结构简洁、控制方式简单、开关频率恒定、元器件的电压和电流应力小等一系列优点。 移相控制的全桥PWM变换器存在一个主要缺点是，滞后臂开关管在轻载下难以实现零电压开关，使得它不适合负载范围变化大的场合[1]。电路不能实现零电压开关时，将产生以下几个后果： 1）由于开关损耗的存在，需要增加散热器的体积； 2）开关管开通时存在很大的di/dt，将会造成大的EMI； 3）由于副边二极管的反向恢复，高频变压器副边漏感上的电流瞬变作用，在二极管上产生电压过冲和振荡，所以，在实际应用中须在副边二极管上加入R－C吸收。 1）增加电路环流，从而增加变换器的导通损耗； 2）加重了副边电压占空比丢失，从而增加原边电流及副边二极管电压应力； 3）饱和电感以很高的频率在正负饱和值之间切换，磁芯的损耗会很大，发热严重。 改进型全桥移相ZVSPWMDC/DC变换器是针对上述缺点所提出的一种电路拓扑[4][5][6]。它通过在电路中增加辅助支路，使开关管能在全部负载范围内达到零电压开关，它在小功率（<3kW）电路中具有明显的优越性。由于在移相控制的全桥PWM变换器中，超前臂ZVS的实现相对比较简单，所以本文将不分析超前臂的开关过程，而着重分析滞后臂在增加了辅助支路以后的开关过程及其实现ZVS的条件。 1 改进型全桥移相ZVS-PWMDC/DC变换器 1.1电路拓扑 图1所示是一种改进型全桥移相ZVSPWMDC/DC变换器，与基本的全桥移相PWM变换器相比，它只在滞后臂增加了由电感Lrx及电容Crx两个元件组成的一个辅助支路。 在由Lrx及Crx组成的辅助谐振支路中，电容Crx足够大，其上电压VCrx应满足
则电感Lrx上得到的是一个占空比为50％的正负半周对称的交流方波电压，其幅值为Vin/2。电感上的电流峰值ILrx(max)为
式中：Vin为输入直流电压； Ts为开关周期。 电路采用移相控制方式，它的主电路工作原理也和基本的全桥PWM变换器完全一样。而辅助支路的存在，可以保证滞后臂开关管在全部负载范围内的零电压开通和关断。 1.2电路运行过程分析 由于移相控制的全桥PWM电路在很多文献上已经有了详细的探讨，所以本文不具体地分析其工作过程，只讨论滞后臂开关管的开关过程及其达到零电压开关的条件。为了便于分析，假设： ——所有功率开关管及二极管均为理想器件； ——所有电感及电容均为理想元件； ——考虑功率开关管输出结电容的非线性，有C1=C2=C3=C4=（4/3）Coss，并记C3＋C4=C； ——考虑变压器的漏感Llk； ——由于电感Lrx及电容Crx足够大，可以认为电感Lrx上电流iLrx在死区td内保持不变。 在t0时刻之前，如图2所示，变压器原边二极管D1，开关管S3，变压器副边二极管D5处于导通状态，变压器原边电流ip通过二极管D1和开关管S3流通，并在输出电压nVo的作用下线性下降，电路处于环流状态，实际电流方向与电流参考方向相反。在t0时刻，变压器原边电流ip(t0)为 到原边的电流值，显然，I1的大小取决于负载情况。 此时，辅助支路电感Lrx上电流ILrx(t0)为 iLrx(t0)=ILrx(max) （4） 2）t0～t1时间段 vp=Llk （5） ic=C （6） vp＋vc=Vin （7） ip－ic=ILrx(max) （8） 初始条件为 ip(t0)=－I1，vc(t0)=Vin 解方程式，并代入初始条件可得
式中：ω=1/为谐振角频率。 这一谐振过程直到t1时刻，电容C4上的电压谐振到零，二极管D4自然导通，这一过程结束。这一时间段长度为 t1=arcsin （13） 此时 ip(t1)=－(ILrx(max)＋I1)cosωt1＋ILrx(max)=I2 （14） 3）t1～td时间段 在t1时刻，D4导通，变压器原边电流ip在输入电压Vin作用下线性上升。此阶段等效电路如图4所示。在这时间段有 vp=Vin （15） ip=I2＋(t－t1) （16） 此过程可分为以下两种情况。 （1）在死区td结束时，ip(td)≤I1，则在td时刻，原边电流为 ip(td)=I2＋(td－t1) （17） （2）设在t2时刻（t2<td），ip(t2)=I1，则在时刻t2，这一过程结束。此后保持 ip(t)=I1(t2ttd) （18） 原边通过变压器向副边提供能量。在td时刻，原边电流为 ip(td)=I1 （19） 开关管S4实现零电压开通的条件是在td时刻，开关管S4上电压为零，即vc(td)=0，必须满足 ip(td)≤ILrx(max) （20） Tags： |
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| 提供人：佚名 | |
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