新型兩相零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器的研究
摘要:把零電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)和多相變換技術(shù)相結(jié)合就可獲得一簇新型多相零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器。這些變換器具有高性能和高功率密度。主要分析了兩相Boost零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器的工作原理和特性,并給出了占空比D>0.5時的諧振元件參數(shù)的設(shè)計和仿真結(jié)果。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/179388.htm關(guān)鍵詞:零電壓轉(zhuǎn)換;多相變換器;高功率密度
1 概述
通過提高開關(guān)頻率可獲得高性能和高功率密度功率變換器,但傳統(tǒng)的硬開關(guān)PWM變換器工作在高頻時開關(guān)損耗很大。因此,硬開關(guān)PWM變換器的應(yīng)用具有局限性。為此,人們提出了用軟開關(guān)技術(shù)來減小開關(guān)損耗,大多數(shù)軟開關(guān)變換器是以大幅度地增加開關(guān)器件的電壓或電流應(yīng)力為代價來降低開關(guān)損耗的,這導(dǎo)致開關(guān)器件的導(dǎo)通損耗顯著增加。在零轉(zhuǎn)換PWM變換器[1]中,輔助電路在很寬的輸入電壓和負(fù)載變化范圍內(nèi)以最小的電壓和電流應(yīng)力為主開關(guān)管提供零電壓開關(guān),這使得ZVTPWM變換器在中大功率場合得到廣泛應(yīng)用。
獲得高性能和高功率密度功率變換器的另一種方法是采用多相技術(shù)。輸入電感交錯工作時,對于n相變換器來說,輸入和輸出濾波電容的工作頻率提高了n倍,因此,使輸入和輸出濾波器中電容保持很小的電流紋波;并且可以獲得良好的動態(tài)性能。如果將ZVT和多相變換技術(shù)結(jié)合起來,就可以得到更好的動態(tài)性能和更高功率密度的功率變換器。簡單地將多相技術(shù)和ZVT變換器結(jié)合起來的ZVT多相變換器是非常復(fù)雜的。因為一個n相的ZVT變換器需要n個輔助電路。幾種基本的兩相ZVT PWM變換器[2]如圖1所示。這些變換器中只包含了一個有源開關(guān)的輔助電路通過n個二極管交替地為所有相的主開關(guān)管提供零電壓開通條件。本文主要分析了兩相Boost ZVT PWM變換器的工作原理和特性,并給出了占空比D>0.5時的仿真結(jié)果和諧振元件參數(shù)的設(shè)計。
2 工作原理
兩相Boost ZVT PWM變換器如圖1(c)所示。
在進(jìn)行討論之前,作如下幾點假設(shè):
——所有元器件都是理想的;
——輸入濾波電感足夠大,故在一個開關(guān)周期中,電壓源Vin及輸入濾波電感Lf1,Lf2可用一恒 值 電 流 源Iin1,Iin2代 替 ;
— —輸 出 濾 波 電 容 足 夠 大 , 故 在 一 個 開 關(guān) 周 期 中 ,Cf,R1可 用 一 恒 值 電 壓 源Vo代 替 。
(a) Buck
(b) Buck- Boost
(c) Boost
(d) Cuk
圖1 基本的兩相ZVTPWM變換器
2.1 D>0.5時的工作原理
設(shè)初始狀態(tài)為主功率開關(guān)管S1及輔助開關(guān)管Sr均為關(guān)斷狀態(tài),主功率開關(guān)管S2和升壓二極管D1處于導(dǎo)通狀態(tài)。vc1(t0)=Vo,iLr(t0)=0,vc2(t0)=0。
圖2為各主要變量的理論穩(wěn)態(tài)波形圖,圖3為該變換器在半個開關(guān)周期中的不同開關(guān)狀態(tài)下的等效電路。各開關(guān)狀態(tài)的工作情況描述如下。
圖2 D >0.5時 的 各 主 要 變 量 的 理 論 穩(wěn) 態(tài) 波 形
(a)模 態(tài)1 (b)模 態(tài)2
(c)模 態(tài)3 (d)模 態(tài)4
(e)模 態(tài)5 (f)模 態(tài)6
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