大功率储能型有源箝位反激变换器的研究

　　(2)磁芯尺寸

　　采用面积乘法(AP)确定磁芯尺寸^[5,6]，所谓的面积乘法，该变压器的设计容量为：

(4)

　　式中，A_e为磁芯有效面积;A_w为可绕导线窗口面积;η为电路效率;J_s为导线的电流密度，选取4A/mm²;Km为窗口填充系数，Km=0.2~0.3，此处选取0.25;K_f为波形系数，选取K_f=4。

　　根据计算结果，选取EE60磁芯，其参数如表3所示。该磁芯A_p>A_pmin，故满足要求。

　　(3)初级绕组匝数

　　初级绕组的计算公式为：

　　带入已知参数，可得，取整后，最终初级绕组匝数N_p为24t。

　　(4)次级绕组匝数

　　次级绕组的计算公式为：

　　式中，U_D为二极管压降，一般选取U_D=0.7。将已知参数带入，求得，取整，次级匝数N_s为4t。

　　2.2.3 电路参数设计

　　(1)占空比

　　在变压器的原、副边交替互补导通的情况下，只存在电流连续模式。在连续模式中，根据伏秒平衡得式(5)，联立式(5)和式(6)即可得出正向工作时的占空比取值范围为0.37～0.49。

　　(3)原边串联电感Lr1

　　根据2.1提到的零电压开通条件可知，电感L_r1的存储能量必须足够大，能够存储电容Cr1释放的能量，所以满足式(8)，同理可求副边串联电感Lr2。

3 工作波形仿真与实验

　　3.1 工作波形仿真

　　本文使用PSIM软件，对所设计的有源箝位双向反激变化器进行仿真实验，仿真参数见表1。此外，变压器采用EE60磁芯，原边电感L_m=350μH，变压器匝数比N=6：1，原副边谐振电感为L_r1=30μH、L_r2=0.1μH，原副边箝位电容为C_c1=0.22μF 、C_c2=6.6μF 。通过仿真，得到正向传递时的工作波形，如图3所示。仿真结果与理论分析基本保持一致。

　　3.2 实验结果

　　结合上述分析，研制了实验样机，如图4所示。

　　(1)电路工作在满载情况时

　　蓄电池端充、放电的电流波形如图5所示。在图5中，I_S2为蓄电池上的充电电流，通过霍尔传感器转化成电压形式，测量电压1V则相当于此时产生电流为20A。由图可知，蓄电池上的电流为25A。图5a为反激变换器初级侧电流，该变换器工作在连续模式下，并在开关管开通和关断瞬间，电流产生波动。图5b为工作在充电过程中(正方向)，流经蓄电池的电流随开关管动作的变化，图5c为放电过程中的变化。当开关管开通或关断的瞬间，开关的切换会对高压探头表笔产生干扰，蓄电池充电电流出现波动起伏，呈衰减趋势，逐渐趋于稳定状态。

　　(2)软开关的实现

　　如图6所示，U_S1为主开关管S1的驱动电压，U_DS为S₁的DS电压。U_S2为主开关管S2的驱动电压，U_DS为S₂的DS电压。在S₁、S₂的开通信号到来之前，开关管DS之间的电压下降至零附近，开关管开通的电压基本没有波动，说明在满载情况下，很好地实现了ZVS。

4 结论

　　为研究适用于大功率储能型逆变器的DC-DC变换器的工作过程，对双向有源箝位反激变化器的拓扑结构与工作原理进行了详细分析。在普通双向反激变换器的基础上，增加有源箝位电路能够充分利用漏感能量，能够降低功率开关管的电压应力和损耗。本文通过仿真和实验验证了该有源箝位反激变换器的工作过程理论分析的正确性以及实现软开关的可行性，能够适用于大功率场合。

参考文献：

　　[1]Md.Masihuzzaman, N.Lakshminrasamma, V.Ramanarayanan. Steady-state stability of current mode active-clamp ZVS DC-DC converters[J].IEEE Transactions on Power Electronics , 2010,25:1546-1555.

　　[2] N.Lakshminrasamma, Md.Masihuzzaman, V.Ramanarayanan. Steady-state stability of current-mode active-clamp ZVS DC-DC converters[J].Power Electronics,2011,26(5):

　　1295-1304.

　　[3]Bum-Sun Lim, Hee-Jun Kim, Won-Sup Chung. A self-driven active clamp forward converter using the auxiliary winding of the power transformer[J].Circuits and Systems, 2004, 51(10):549-551.

　　[4]Osama Y K, Al-Atbee,J A M Bleijs . Improved modified active clamp circuit for a current fed DC/DC power converter[J]. 2015 IEEE 6th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 2015, 1-7.

　　[5]武卫革,王伟,瞿志强,等.光伏并网微型逆变器的高频变压器设计[J].广东电力, 2013,26(9):85-87.

　　[6]Woo-SeokChio, Chun-Feng Jin, Jin-Wook Park,etc.A new topology of flyback converter with active calmpsnbber for battery application[J].Industrial Technology (ICIT), 2014, 951-956.

本文来源于《电子产品世界》2017年第2期第51页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。