准ZVS双管正激变换器.docx

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准ZVS双管正激变换器

准ZVS双管正激变换器

  2008-12-27  电源开发网

          ★★★

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Abstract:

Atwo-transistorforwardconverter,whichcanperformZVSturn-offandturn-onQZVSatmainswitchesandcanincreasetheefficiencywhencomparedtothehardconverter,isintroduced.Atwoswitchesforwardconverterwithhighvoltageinputissimulated.

Keyword:

twoswitchesforward;converter;resonance

1 引言

  双管正激变换器因开关管电压应力低,不需要磁复位电路,具有抗桥臂直通能力,可靠性高,因此在高输入电压、大功率场合得到广泛的应用。

  随着开关频率的提高,开关损耗变大,影响变换器效率的提高,为了提高双管正激变换器的效率,有必要实现其开关管的软开关,本电路用的是双零转换变换技术。

在这里,增加一辅助开关电路,利用短时谐振来实现开关管的准软开关。

这里所说的准软开关也就是:

zvs指的是开关管电压接近零时开通或关断,zcs指的是开关管电流接近零时开通和关断。

2 工作原理

    

  图1示出电路原理图。

     

     图中  Vin——输入直流电压

         

         Ld——功率变压器漏感

         

         C1、C2——分别为S1和S2的并联电容(包括开关管的寄生电容)

   

  辅助电路由电感Lr和开关管S3组成。

在一个工作周期中有九个开关模态,其等效电路图如图2所示。

为了简化电路状态分析,假设所有器件都是理想的,将输出滤波器和负载看成一恒流源。

  

  

  

  

图2 各开关模态的等效电路

  

(1)开关模态1[t0,t1][参考图2(a)]

  t0时刻,主开关管S1、S2导通,S3处于关断状态,变压器的激磁电流线性增加。

  

(2)开关模态2[t1,t2][参考图2(b)]

 

  t1时刻,开关管s2关断,电容c2的电压线性增加,由于电容的电压不能突变,所以开关管s2为zvs关断。

  (3)开关模态3[t2,t3][参考图2(c)]

 

  t2时刻,电容c2上的电压增加到Vin,这时D2导通,激磁电流在D2和S1中流动。

  (4)开关模态4[t3,t4][参考图2(d)]

 

  t3时刻,开关管S1关断,由于C1的电压不能突变,故S1为ZVS关断。

此时C1、Lm和Ld开始谐振,C1的电压增高,Lm和Ld的电流减小。

负载电流在D4中增加,在D3中减小。

  (5)开关模态5[t4,t5][参考图2(e)]

  t4时刻,C1电压达到Vin,D1导通,变压器的激磁电流减小。

  (6)开关模态6[t5,t6][参考图2(f)]

  t5时刻,Ld中的电流降到零,D3关断,负载电流通过续流二极管D4流通。

 

  (7)开关模态7[t6,t7][参考图2(g)]

  t6时刻,激磁电流降到零,到此去磁结束。

闭合S3,由于Lr的电流不能突变,S3为ZCS导通,此时C1、C2和Lr开始谐振。

  (8)开关模态8[t7,t8][参考图2(h)]

  t7时刻,电容C1和C2上的电压均为出入电压的一半,在这瞬间,变压器上有个正电压导致D3导通。

这一阶段,C1、C2和Lr、Ld谐振。

  (9)开关模态9[t8,t9][参考图2(i)]

  t8时刻,C2、C2上的电压值接近零,此时闭合S1、S2,S1、S2为准ZVS开通。

Ld电流线性增加,负载电流从D4向D3过渡。

在t9时刻,Ld的电流与负载电流相等。

3 仿真与实验结果

   

  随着大规模集成电路和电子计算机技术的迅猛发展,电力电子电路的分析和设计发生了重大变革,目前,EDA技术已广泛应用于电力电子系统中,并成为电力电子系统设计不可缺少的重要工具。

Orcad是一种强大电路仿真的软件,在国内外流行最广,本电路就是利用Orcad进行仿真的。

仿真电路模型为(图4):

图4 仿真电路模型

  实验电路的主要参数:

Vin=285~550v;Uo=24v;Po=200w;工作频率fs=100k;功率变压器变比N1:

N2=4.98;

  最大占空比Dmax=0.42;辅助电感:

Lr=3.6u;谐振电容:

C1=C2=2.3n;变压器漏感:

Ld=18u。

实验波形(图5):

图5 主要仿真波形

  图5示出开关管的开通和关断波形。

图5(a)是主开关管在关断时,控制脉冲和开关管的电压波形,关断时刻,开关管上的电压与输入电压相比相对较低,实现了准ZVS关断。

图5(b)主开关管的开通波形,开通电压和关断电压基本相等,为准ZVS开通。

图5(c)是辅助开关管在开通时,控制脉冲和开关管的电流波形,开通时刻,辅助开关管的电流基本为零,为ZCS导通。

图5(d)是辅助开关管的关断波形,关断时电流为零,为ZCS关断。

  实验电路的效率在满载时达到91%,和硬开关电路相比,大概提高了4%。

由于采用电源控制芯片很难实现该控制波形,所以采用可编程逻辑控制器来实现。

4 结论

  由理论分析和实验结果可知,该电路有以下特点:

a、主开关为QZVS开通和关断;b、辅助开关管为ZCS导通和关断。

参考文献:

[1]A.A.Pereira,E.Coelho.V.Farias.L.FreitasandJ.B.Junior;”ANewZC-ZVSForwardConverter”,inAppliedPowerElectronicsConference,1996,pp.482-486.

[2]C.Dias,A.Pereira,J.B.VieiraJr,V. Farias andL.Freitas.“AnImprovedSelf-ResonantPWMForwardConverter,inAppliedPowerElectronicsConference,1998,Recordpp.440-446

[3]直流开关电源的软开关技术,阮新波,严仰光编著,北京科学出版社,2000年

[4]新型开关电源设计与应用,何希才编著,北京科学出版社,2001年

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