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新型ZVZCT软开关PWM变换器的研究

作者:时间:2011-02-12来源:网络收藏

摘要:提出一种,主管电压电流为互相错开的梯形波(4个零、4个斜坡),辅助管为零电流通断,特别适用于以IGBT为器件的高压大功率场合。通过理论分析、参数选择、电路仿真和实验结果对该加以说明。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/179876.htm

关键词:软开关

A Study of Novel Soft- Switching Converters

Abstract:The paper presents a novel ZVZCT soft- switching converter:the voltage and current waveforms of the transistor are ladder- shaped and stagger each other, and auxiliary switches are turned on and off under zero- curent.It is very attractive for high power application where IGBT is predominantly used as the power switches. Theoretical analysis,parameters selection,computer simulation and experiment results are presented to explain the proposed scheme. Keywords: ZVZCT Soft- switching Converters

1引言

  在高压、大功率应用场合,功率器件承受的电压、电流应力大,开关损耗高。在传统的设计中通常选用较大容量的开关器件辅以吸收电路,但开关频率难以提高。为解决这些问题,近年来提出了许多软开关技术,这些软开关技术在实现开关电源的小型化、轻量化和低成本中起着重要的作用。在大功率场合比较成功的软开关技术能减小开关损耗、降低开关应力和EMI,提高工作可靠性。在利用辅助电路构成的软开关变换器中,尽管辅助管的开关损耗相对主电路较小,但若辅助管也采用IGBT以适应高电压、大功率的输出要求,则辅助管软换流通断也极为重要了,而且从可靠性和降低EMI角度考虑,辅助管也应该采用软开关技术。文[1](ZVT)接通损耗减小了,开关应力也小了,但主管和辅助管都是硬关断,在大功率场合占开关损耗主要部分的关断损耗并没有明显减小。文[2](ZCT)主管虽为零电流关断,但辅助管是硬关断,也不适合于大功率场合。本文提出了一种的ZVZCT软开关PWM变换器——主开关管电压电流为梯形波,相互错开,即有2个平顶、2个平底和4个零、4个斜坡,辅助管为零电流通断,适用于高电压、大功率场合。

2工作原理与理论分析

  图1为软开关拓扑,图2为其工作波形,图1中电感L1、L2构成一个耦合电感,在分析过程中用一个电流源和一个电压源等效,其漏感Lk可视为谐振电感LR1的一部分。为简化分析,假设滤波电感LF足够大,输入可看作一个恒流源,滤波电容足够大,输出可看作一个恒压源。图3所示,一个开关周期由八个工作状态组成:

  (1)T0-T1:T0之前,主开关S1和辅助开关S2、S3均关断,整流二极管D导通。在T0时,辅助管S3导通(零电流),谐振电感LR1线性充电性Ii/2(Ii为滤波电感电流),整流二极管零电流关断,线性充电时间

  (2)T1-T2:T1时iD=0,整流二极管D关断,LR1通过S3与C1发生谐振,同时耦合电感副边L1的电流通过D2流到负载,辅助开关承受较小的电流。

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图1新型ZVZCT软开关电路拓朴

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图2新型软开关PWM变换器的工作波形
S1—主管S1脉冲S3—辅助管S3脉冲
S2—辅助管S2脉冲VDS—主管漏源电压
IS—主管漏极电流iLR1—电感LR1电流
iRL2—电感LR2电流VD—主二极管电压
ID—主二极管电流IS2—辅助管S2漏极电流
IS3—辅助管S3漏极电流

C1放电直到T2时VC1=0,此时ωT12=π,,

T2=T1+T12。(3)T2-T3:T2时,VC1=0,反并二极管导通,此时给主开关管S1加上触发脉冲,S1零电压零电流接通,,谐振电感中能量反馈到负载,谐振电感电流iLR1线性放电。当时,iLR=0,此时关断辅助开关管S3可使辅助管零电流关断,T3=T2+T23。

  在S3导通期间,除了上述几个过程外,还有以下两种状态:

  ①T0-T30期间LR2通过D5、S3与C2、C3发生谐振。

  ②T30-T3期间LR2通过D5、S3、D7与C2发生谐振。

  (4)T3-T4:T3以后,iLR1=0,iLR2=0,流过S3的漏源电流为零,因此以后关断S3均可使S3实现零电流关断,而且在T3时主开关管S1的漏源电流达到滤波电感LF的电流Ii,电路恢复到传统的PWM工作状态。

  (5)T4-T5:T4之前,主开关S1导通,C2电压已充电到-Vc2max。取C2=C3=C,则。谐振电流iLR2迫使开关管S1的漏源电流iDS=Ii-iLR2以正弦规律减小,当ωt=π/2时,达到最大值,从该式可以看出,为了获得零电流关断,,当主开关管电流降为零时,它的反并二极管导通,此时关断主管可实现零电流零电压关断。此段时间间隔:,T5=T4+T45

  (6)T5-T6:主开关管S1关断后,电感电流Ii对C2、C3继续充电,当VC3=V0时,D6导通,LR2、C2通过D6、D继续谐振,直到iLR2=0时D1截止,停止谐振。

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图3八个不同工作状态的等效电路


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