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小电流纹波的ZVZCS全桥PWM变换器研究

作者:时间:2012-03-02来源:网络收藏

3 输出电感的零纹波
输出滤波电感上有零纹波。引入一个辅助电路可大幅降低零纹波,且不影响DC/DC转换和过程,如图2a所示。简化的耦合电感等效电路模型如图2b所示。电流耦合电感模型由理想变压器和漏感组成。假设电感波形的等效变换u1和u2是相等的,那么初、次级漏感为:LI1=(1-kn)L1,LI2=n(n-k)L1。其中,耦合系数k=Lm/d.jpg,匝比e.jpg。Lm为互感系数,L1,L2分别为初、次级绕组自感。若满足n=k,次级漏感将降为零。初级电感中存在零电流纹波,可通过改变n,k减小纹波。文献中k的变化是连续的,而改变线圈匝数使得n变成离散的。因此,改变n的方法可很容易实现该电路要求。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/177831.htm

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4 主要参数的选取
取Uin=400 V,变压器初级最大导通占空比Dmax=0.8,LIK=3.6 μH,输出电压Uo=48 V,开关频率fs=100 kHz,由于IGBT能产生电流拖尾现象,所以滞后臂与超前臂的死区时间应该被设置长些,在此取3μs。并联在VS3两端的C3在[t4~t5]时刻完全放电才能保证VS3实现ZVS开通,并满足:t3-t4=(1/ωα)arcsin[(n2uCc)/(IoZα)]≤π/(2ωα)],经计算C3=2.169nF,实际取C1=C3=2.2nF。
变压器初、次级匝数比是在变压器初级最大占空比及最低输入电压前提下,次级输出电压能达到的最大值,即n≤UinminDmax/Uomax。经计算,取n=4。
在t4时刻,Cc提供能量,开始放电。若使滞后臂能够完全实现ZCS,应使漏感中储存的能量小于Cc中储存的能量,即漏感中储存电荷的续流放电时间小于Cc中储存的磁通链的放电时间。g.jpg,进而可推导出:h.jpg。由上式可见,Cc越大,越容易实现滞后臂的ZCS变换,但会使充电时间变长,为降低对其他工作阶段的影响,取Cc=0.2μF。
输出滤波电感电流Io较大,滤波电容Co充电,输出电压Uo会增大;反之,Uo会减小,因此Uo会有个小的波动电压△uo。一个开关周期中,Co的充电电荷计算公式为:△Q=△iLTL/8,推出△uo=△Q/Co,由于电容有损耗,设计中取Co=50μF。

5 实验结果与分析
建立以2.5 kW,100 kHzIGBT作为基本元件的移相的仿真模型。初级电压、电流波形如图3a所示,实现初级的逆变功能,为整流过程的输入提供了基本保障。图3b为滞后臂开关波形,可见VS2关断前流过电流为零,所以实现了ZCS。传统电路和改进电路的电感电流纹波如图3c,d所示。可见,改进电路的纹波远小于传统电路波形。小的半圆形电流纹波是由Cc的充电电流引起的。由实验可知,所有得到的波形在误差允许范围内满足要求。

i.jpg



6 结论
改进电路有很多优点:电流纹波极小、电路中使用无损耗元件、无附加激励开关、带负载能力强、占空比丢失小、设备电压和电流压力最小化等。由于低损耗的优点,使得改进的因大功率密度而可被应用于大功率(大于1kW)设备。

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