新型兩相零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器的研究

(g) 模 態(tài) 7 (h) 模 態(tài) 8

(i) 模 態(tài) 9 (j) 模 態(tài) 10

圖 5 D≤0.5時(shí) 的 各 開 關(guān) 模 態(tài) 的 等 效 電 路

1）模態(tài)1[t₀－t₁] 對(duì)應(yīng)于圖5（a），在t₀時(shí)刻S_r導(dǎo)通，諧振電感L_r中的電流從0開始線性上升，升壓二極管D₁及D₂的電流開始減小。在t₁時(shí)刻電感L_r的電流上升到I_in1＋I_in2，升壓二極管D₁及D₂的電流同時(shí)減小到0，D₁及D₂自然關(guān)斷，模態(tài)1結(jié)束。

2）模態(tài)2[t₁－t₂] 對(duì)應(yīng)于圖5（b），在t₁時(shí)刻升壓二極管D₁及D₂關(guān)斷，L_r，C₁及C₂開始諧振。電感L_r中的電流繼續(xù)上升，而電容C₁及C₂開始放電。i_Lr和v_C1（v_C2）分別為

i_Lr(t)=I_in1＋I_in2＋sinω_rr(t－t₁)

v_C1(t)=V_ocosω_rr(t－t₁)

式中：ω_rr=；

Z_rr=；

C_r=C₁=C₂。

在t₂時(shí)刻C₁及C₂的電壓同時(shí)下降到0，電感L_r1中的電流為i_Lr(t₂)=I_in1＋I_in2＋，模態(tài)2結(jié)束。該模態(tài)持續(xù)的時(shí)間為t₁₂=。值得注意的是：當(dāng)D≤0.5時(shí)，諧振電路的特征阻抗為D>0.5時(shí)的。相應(yīng)地，諧振電感的初始電流是D>0.5時(shí)的2倍，諧振電流增大了倍。因此，輔助電路處理的功率約為D>0.5時(shí)的2倍。

3）模態(tài)3[t₂－t₃] 對(duì)應(yīng)于圖5（c），在t₂時(shí)刻D_s1及D_s2同時(shí)導(dǎo)通，電感L_r中的電流一部分流過I_in1和I_in2續(xù)流，另一部分流過D_s1和D_s2續(xù)流，此時(shí)開通S₁就是零電壓開通。S₁的開通時(shí)刻應(yīng)該滯后于S_r開通時(shí)刻。

4）模態(tài)4[t₃－t₄] 對(duì)應(yīng)于圖5（d），在t₃時(shí)刻S_r關(guān)斷，i_Lr線性減小，在t₄時(shí)刻i_Lr減小到I_in1＋I_in2時(shí)，D_s1及D_s2同時(shí)關(guān)斷，模態(tài)4結(jié)束。

5）模態(tài)5[t₄－t₅] 對(duì)應(yīng)于圖5（e），在該模態(tài)中i_Lr繼續(xù)線性減小，S₁中的電流線性上升。在t₅時(shí)刻S₁中的的電流上升到I_in1，L_r中的電流減小到I_in2，模態(tài)5結(jié)束。

6）模態(tài)6[t₅－t₆] 對(duì)應(yīng)于圖5（f），在t₅時(shí)刻D_s1關(guān)斷，L_r和C₂開始諧振，電感L_r中的電流繼續(xù)減小，而電容C₂開始充電。i_Lr和v_C2分別為

i_Lr(t)=I_in2－sinω_r(t－t₅)

v_C2(t)=V_o(1－cosω_r(t－t₅))

式中：ω_r=；

Z_r=；

C_r=C₁=C₂。

假如I_in2，在t₆時(shí)刻i_Lr減小到零，模態(tài)6結(jié)束。

7）模態(tài)7[t₆－t₇] 對(duì)應(yīng)于圖5（g），在t₆時(shí)刻輸入電流I_in2給電容C₂恒流充電到V_o。在t₇時(shí)刻，C₂的電壓達(dá)到V_o，D₂導(dǎo)通，模態(tài)7結(jié)束。

8）模態(tài)8[t₇－t₈] 對(duì)應(yīng)于圖5（h），在該模態(tài)中主功率開關(guān)管S₁和升壓二極管D₂導(dǎo)通工作，在t₈時(shí)刻，S₁關(guān)斷，模態(tài)8結(jié)束。

9）模態(tài)9[t₈－t₉] 對(duì)應(yīng)于圖5（i），在t₈時(shí)刻關(guān)斷S₁，輸入電流I_in1給電容C₁恒流充電，C₁的電壓從零開始線性上升，所以S₁是零電壓關(guān)斷。在t₉時(shí)刻C₁的電壓達(dá)到V_o，此時(shí)升壓二極管D₁自然導(dǎo)通，模態(tài)9結(jié)束。

10）模態(tài)10[t₉－t₁₀] 對(duì)應(yīng)于圖5（j），在該模態(tài)中D₁和D₂導(dǎo)通工作。在t₁₀時(shí)刻，輔助開關(guān)管S_r再次導(dǎo)通，開始另一半個(gè)開關(guān)周期的工作，其工作情況類似于上述的半個(gè)周期。

3 電路的基本特點(diǎn)

對(duì)于兩相Boost ZVT PWM變換器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式而言，當(dāng)一個(gè)主二極管導(dǎo)通時(shí)，輔助電路開始工作，為相應(yīng)的主開關(guān)管提供零電壓開通和相應(yīng)的二極管提供零電流關(guān)斷。為了使輔助電路高效運(yùn)行，當(dāng)輔助電路開始工作時(shí)，某一相的有源開關(guān)應(yīng)該處于導(dǎo)通狀態(tài)。換句話說，占空比D應(yīng)大于0.5。否則，如圖4中所示的輔助電路處理的功率約為D>0.5時(shí)的兩倍，因而增大了輔助電路的損耗。這種兩相Boost ZVT PWM變換器適用于電壓變換比大于0.5的場(chǎng)合。只用一個(gè)有源輔助開關(guān)就實(shí)現(xiàn)了兩相主開關(guān)管和二極管的零電壓開通和零電流關(guān)斷，并且主開關(guān)管和升壓二極管中的電壓、電流應(yīng)力與不加輔助電路一樣。

4 諧振元件參數(shù)的設(shè)計(jì)

對(duì)于D>0.5的情況，根據(jù)上述原理分析知，要實(shí)現(xiàn)S₁的零電壓開通，必須在S₁的反并二極管導(dǎo)通之后才能給S₁加?xùn)艠O信號(hào)。為了保證ZVT開關(guān)的實(shí)現(xiàn)，S₁的開通時(shí)刻應(yīng)該滯后于S_r開通時(shí)刻，滯后時(shí)間t_d必須滿足

t_d>t₀₁＋t₁₂=＋ （1）

S₂的零電壓開通條件與S₁一樣。