发布时间:2024-09-20 00:20:35 新闻来源:ayx爱游戏体育官方网站
移相全桥ZVZCS PWM 方式和ZVS PWM 方式相比,可以大幅度降低电路内部的环流损耗、减小二次侧占空比丢失、提高变换效率,且可在较大的输入电压和负载变化范围内实现软开关,其在中、大功率的场合得到普遍的应用。
传统的移相全桥ZVZCS PWM变换器的主开关管或者用MOSFET[1],或者用IGBT[2,3]。不论哪种结构,都不能使开关管工作在最佳的软开关状态:前者滞后桥臂的MOSFET 寄生输出电容较大,在开通瞬间会产生很大的电流尖峰,增加管子开通损耗,极度影响变换器的安全可靠性;后者因超前桥臂的IGBT工作在ZVS 方式,关断期间的拖尾电流使得开关频率不能太高,通常不超过30 kHz[2,3]。
本文提出一种超前桥臂采用MOSFET,而滞后桥臂应用IGBT 的新颖移相全桥ZVZCS PWMDC-DC变换器,在实现超前桥臂ZVS 和滞后桥臂ZCS的同时,使MOSFET和IGBT各自工作在最佳的软开关方式,有效提升了变换器的功率密度及安全可靠性。
电路拓扑如图1 所示,和传统的全桥ZVZCSPWM变换器相比,四个主开关管不再采用同类型功率管,而是超前桥臂和滞后桥臂分别采取了MOS原FET、IGBT。
图1 所示电路的工作波形如图2 所示。设电路初始工作状态为功率管Q1 和Q4导通,输出整流二极管D3导通,变压器向负载传输能量,一次侧电流ip给隔直电容Cb充电。在t0时刻,关断Q1(由于电容电压不能突变,MOS管是零电压关断),之后线路电感(一次侧漏感及折算到一次侧的滤波电感)与MOS 管结电容C1、C2谐振,使C1充电、C2放电[4]。当C2电压谐振下降到零时(t1 时刻),Q2的反并联二极管D2 自然导通,之后开通Q2 可实现零电压开通。此时,变压器一次侧电压为零,一次侧电流在隔直电容电压vcb 作用下快速复位到零(t2 时刻),隔直电容电压达到最大值Vcbp,输出整流二极管D3和D4同时导通续流。因后桥IGBT为单向功率管,一次侧电流复位到零后不能反向流通。在t3时刻关断开关管Q4,实现零电流关断。
在滞后桥臂死区时间以后开通开关管Q3,因漏感作用电流不能突变,可实现零电流开通。Q3开通后,一次侧电流从零开始反向增加,同时给隔直电容Cb 反向充电,到电流值等于折算至二次侧的负载电流时(t5 时刻),二极管D3关断,D4继续导通,变压器开始为负载提供能量,进入下半个工作周期,情况和上述过程类似,在此不再赘述。
显然,由于MOSFET 只工作在ZVS 方式,即使其存在比较大的寄生电容,也不可能会引起大的开通电流尖峰。且较大的寄生电容能有效抑制电压上升率dv/dt,若另外并接电容则更加有助于开关管实现零电压关断。类似地,滞后桥臂的IGBT也仅工作在ZCS 状态,关断之前一次侧电流已复位到零,管子关断损耗很小甚至可减小到零,因此工作在ZCS 方式的IGBT 开关频率也可以很高。另外,IGBT结电容较MOSFET 小很多,工作在ZCS 方式,不存在结电容引起的开通电流尖峰,因此,IGBT更适用于ZCS 方式。采用这种复合结构的变换器,与单纯用IGBT 做开关管相比,开关频率能大大提高;又较单纯用MOSFET安全可靠,电磁干扰小,能更好地发挥移相全桥ZVZCS PWMDC-DC变换器的优势。
二次侧占空比丢失是指二次侧占空比Dsec 小于一次侧占空比Dp,其差值就是二次侧占空比丢失部分Dloss。
从图2可看出,占空比丢失的原因是,在一次侧电流从零反向增至负载电流的一次侧折算值的过程中(图2 中的[t4,t5]和[t10,t11]时段),虽然变压器一次侧有电压方波,但因一次侧电流不足以提供负载电流,二次侧两个整流二极管D3、D4处于续流状态,二次侧电压为零,这样就造成了二次侧电压波形丢失。因此,一次侧电流上升时间t45与1/2开关周期Ts的比值就是二次侧占空比丢失Dloss,即
同移相全桥ZVS PWM 变换器一样,在超前桥臂开关过程中,用来实现ZVS 的能量是一次侧漏感能量和折算到一次侧的滤波电感能量之和,一般认为滤波电感Lf 很大,因此超前桥臂容易实现ZVS。所以,漏感的选择主要考虑滞后桥臂是否能实现ZCS,即在滞后桥开关管开关过程前使一次侧电流复位到零。复位期间,一次侧电流近似线性减小,即有
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