电感分裂式推挽换向软开关技术的研究

2006-05-07 15:49:46来源: 电源技术应用

1=L2=L),二是变压器次级给出两个去磁绕组LN3LN4,它与V3V4L1L2一起构成去磁回路。

2.2 工作原理

  其电路可分为如下几个工作过程:

  (1)t0~t1阶段,即开关管S1导通期间,变压器次级LN2产生下正上负的感应电压,变压器向负载传输能量,此时变压器次级LN2、二极管V2、电感L2和负载形成回路。t1时刻,S1关断,S1两端电压被电容C1箝位不能突变,所以S1是软关断。

  (2)t1~t2阶段,t1时刻,S1关断,LP2、GB、V6形成初级励磁泄放回路。同时在LN3两端产生上正下负的感应电压,此时二极管V3导通,电感L2、与负载R和变压器次级LN3形成iL2续流回路。t2时刻,S2被驱动。设此时iL2电流未泄放到零,初级V6仍为导通状态,S2两端电压为零,是零电压开通。

  (3)t2~t3阶段,仍是iL2续流阶段,t3时刻,iL2泄放完毕。

  (4)t3~t4阶段,t3时刻,iL2=0,LP2上电流换向,变压器次级绕组LN1两端产生上正下负的感应电压,二极管V1导通。

  t4时刻以后,重复上半周工作过程。

  综合上述过程,可以看出该电路实现软开关的基本原理及特点:

  (1)在S1、S2都不导通期间(t1~t2,t4~t5),L1(L2)的续流电流耦合到初级,形成V5、V6换向电流,这个电流能维持到S1、S2的驱动脉冲到来,就可以实现零电压开通。

  (2)分裂的L1、L2电流叠加对负载为连续状态。故L1、L2的综合效果是一直流滤波电感,但单个电感L1或L2的电流在整个周期是不连续的,在S1或S2开通期间呈交流电感性质,所以它和桥臂换向性串联在初级的电感所起的作用一样。

3 基本关系式

3.1 主要关系式

  依据上述电路的工作过程,得到各换向阶段的等效电路如图2所示。

  (1)t0~t1阶段:变压器传输能量阶段,此时的等效拓朴结构如图2(a)所示。

  图中是变压器初级漏感和次级电感的等效电感,为变压器次级负载折合到初级的等效负载,为变压器次级电容折合到初级的等效电容,则流过等效负载和等效漏感的电流iL2满足方程:

电路的初始条件为:iL2(t0)=0    UC(t0)=Umin

可求得该电路的解为:


  (2)当t1~t3阶段:续流阶段,其等效电路为图2(b)所示。

    次级回路的状态方程为:

    边界条件:iL(t2)=ILP,uC(t2)=UOP(ILP为峰值电流,UOP为峰值电压)。若电路是理想的,即,UOP=NLN3 / NP ·Ui,这里假设uC(t)=常数,则求解式(3)得到:

    iL2=ILP-1/L(UC(t)-ULN3)t   (t>t1)   (4)

iL2的续流时间为:

3.2 问题及分析

  (1)由式(5)可以看出,只要△t>(t3-t1)时,电路就可实现零电压软开关技术。

  (2)由等效电路图2(b)及式(2)可以看出L1(L2)在电路中实质上起到了桥臂换向中的换向交流电感作用,因此它也存在占空比丢失问题[4]。

  (3)由于L1(L2)的开通电流与续流电流的等效回路参数基本相同,当NLN3=NLN1=NLN2时,极易造成初级S1(S2)电流为锯齿波电流,它加大了开关器件的电流应力。虽然可以通过改变(NLN1/NP)的比值来改变续流时间△t,但不是理想办法。如何构造一个可控的电感L1(L2)是该电路进一步改进的方法。

4 仿真结果

  为了检验本文提出的电感分裂式推挽换向软开关电路的工作状况,运用PSPICE电子线路仿真软件进行了仿真。

  仿真所用电参数为:

  电感L1=L2=0.1mH,电容C5=C6=0.6μF,负载R=10Ω。

  图3给出了仿真时开关管的电压、电流及S2的驱动波形。图4给出了开关管的功率损耗波形及输出平均功率波形。

  由图3(d)可以看出开关管的电压为零时,开关管才开通,即零电压开通,此时如图3(b)所示开关管电流为零,图3(c)为变压器次级电感LN3的电压波形,图3(a)为电感L1、L2的电流波形,可以看出电感电流在换向期间,变压器次级电压的变化情况。

  图4为开关管的功耗分析,从图4(a)及(b)可以看出,当开关管开通时,开关管功耗为零,计算图4(a)及(b)的功耗,其开关管的功耗很小,可见其效率很高。

5 结论

  本文提出的这种电感分裂式推挽换向软开关技术,具有其优点,特别适用于中、低功率场合,但由于存在占空比丢失现象,如何形成可控电感L1(L2),有待于进一步研究。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200605/2042.html
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