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轻轨车应急通风电源前级DC/DC变换器研制

作者:时间:2012-04-06来源:网络收藏

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本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/177595.htm

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通过对比可见,拓扑Ⅲ箝位吸收效果最好,拓扑Ⅱ箝位吸收效果比拓扑I稍好。
2.3 吸收电路结构和参数选择
RCD吸收电路的基本工作原理:整流二极管反向恢复过程中,变压器漏感和电路寄生电感与二极管结电容谐振,使二极管承受反向尖峰电压;当电压尖峰高于RCD电路中uCs,由于电荷守恒,Cs与二极管结电容按容量比例分配电荷;Cs往往远大于结电容,因此相当于把峰值电压箝位至:
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式中:Ucm为Cs半周起始电压;Qrr为反向恢复电荷。
对于RCD吸收电路,当RsCs乘积较大时,Cs的放电速度慢,在半个周期内无法下降到Uin,因而Uc高,但由于其Rs较大,损耗会相对较小,称为弱吸收,反之则称为强吸收。
RCD吸收电路稳定工作时,其电压和能量是平衡的,即Cs箝位上升的电压必须在半个周期内通过Rs释放掉,而且电压尖峰的能量必须被Rs
吸收。若Rs增大则放电变慢,根据平衡条件,Us会被抬高,而Rs上的损耗会减小。
该设计由于开关频率很高,为50 kHz,要求Cs放电时间很短,否则极易进入弱吸收状态,抬高Uc。因此需结合开关管的工作情况确定吸收电路的工作状态,并结合发热情况综合考虑Rs,Cs的取值。
在初级MOSFET两端添加RCD吸收电路,因输入电压仅为24 V,产生峰值较小,在Rs上产生的损耗相对很小。因此选择拓扑Ⅲ,并选取阻值较小的Rs和容值较小的Cs,使RCD吸收电路工作在强吸收状态,从而最大程度限制电压尖峰。根据实验结果,兼顾吸收效果和温升,选Rs为300Ω/8 W的功率电阻,Cs为1 000 pF/100 V的CBB电容。
在次级整流桥后添加吸收电路,整流二极管两端电压尖峰很大,同时由于输出电压很高,若采用拓扑Ⅲ,将产生巨大的损耗,因此将其排除。
对于拓扑I,Ⅱ,若Rs取值很小,损耗也会非常严重,因此Rs必须取较大的阻值,使系统工作在弱吸收状态。在此状态下RsCs越小,Uc越小,因此选择Cs容值时应尽可能小,但必须保证Cs的容量足以吸收尖峰电压。通过实验,综合考虑吸收效果和发热情况,Rs选取10 kΩ/50 W的铝壳电阻,Cs选择4700 pF/1 kV的高频吸收电容。为弥补吸收效果的不足,在RCD吸收旁并联RC吸收电路,R选择10kΩ/50W的铝壳电阻,C选择4700pF的高频吸收电容。
在选定参数情况下,次级RCD吸收电路采用拓扑I,Ⅱ,Ⅲ的Rs10 min温升分别为15℃,18℃,55 ℃;Uc分别为960 V,938 V,930 V。考虑吸收效果和电阻的发热情况,选择拓扑Ⅱ吸收电路。

3 实验验证
图4为优化后的主电路。的输出功率为1 kW,输出电压为500~650 V,根据P=UI,可得Io为1.54~2 A。输入电压为24 V,波动范围为18~30V,可得初级电流有效值为33.3~55.6A。可见初级工作在低压大电流状态,次级工作在高压低电流状态,器件的选型就是基于该计算结果。

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选择150 A/100 V的MOSFET作为开关管,二极管选用FFPFF10F150S,其主要参数10 A/1.5 kV,变压器匝比为3:100,Lf=6 mH,G选1μF/1 kV的CBB电容。C1选择1 000μF/100V的电解电容,C2选择200μF/1 kV的电解电容。



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