一种新颖的有源箝位ZVS—Boost变换器

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:提出了一种新颖的有源箝位ZVS—Boost变换器。通过采用一只辅管和一只箝位电容,可以在不用多加任何磁性元件的情况下,使主管和辅管实现ZVS。为了消除整流二极管的电压振铃,增加了一只二极管。试制了一台50tlW/193 kHz的样机来验证理论分析。在输入90 V满载时效率高于94%. 关键词:有源箝位;ZVS;Boost 中图分类号:TM46 文献标识码:A 文章编号:0219 2713(2005)06-0012-05 0 引言 在中大功率领域中,为了实现高功率因数、低输入电流THD,应用最广的电路拓扑是Boost拓扑。但这种技术的最大缺点是整流二极管的反向恢复问题。二极管的反向恢复阻止了开关频率、功率密度和效率的提高。为了提高效率和功率密度,近年来提出了一此技术[1][2][3][4][5][6]来改善这种情况。使用两个耦合输入电感[1],整流二极管的反向恢复得到了改善,而且电路比较简单。但是开关损耗仍旧较高,并且二极管上的电压振铃较大。采用辅管换流电路[2]虽然主管可以实现ZVS,但辅管是硬开关。在文献[3]中,虽然主管和辅管都可以实现ZVS,但是由于整流二极管的寄生电容,使整流二搬管承受电压振铃。采用一个辅助箝位二极管[4],电压振铃可以消除。采用有源箝位,所有开关都能实现ZVS[3][6],但是主管和副管串接在一起,开关管上的导通损耗大[5],而在文献[6]中,有源箝位电路过于复杂,采用的元器件数目相对多.这将会同时增加成本和导通损耗。为了同时减小辅助电路的元器件数量和导通损耗,本文提出了一种新颖的基于有源箝位ZVS-Boost变换器的单相功率因数校正器(PFC)来有效地改善上述问题。在不用多加任何磁性元件的情况下,使主管和辅管实现ZVS,消除了整流二极管的电压振铃,提高了效率和功率密度。 1 电路基本工作原理 电路原理图如图l所示。两个输入耦合电感可以共用一个铁氧体磁芯,耦合电感的漏感用Lik表示,这个漏感用来减小Boost二极管Dt的反向恢复。耦合电感的匝比可以≥l。电容Cc是用来在一个开关周期内为漏感Lk充放电,所以Cc的值较大,并且Cc上的电压保持常数。电容Cs1,CDc,Csa,CD1是开关和二极管的寄生电容。辅管Sa和箝位二级管D1用来消除Boost整流二极管D1的振铃。为了简化分析,假设箝位电容Cc上的电压Vc在一个周期内保持不变,同时忽略Lin1和Lin2的纹波电流,并且取N1:N2=1来分析该电路的工作原理。 电路在一个周期内可分为8个不同的工作模式,波形如图2所示。图3给出了相对于图2波形的等效电路。下面对每个工作模式作具体地说明。 模式l[t0-t1]在t0时刻,主管S1导通,输入电压源Vin给电感Lin2充电。此时电流i2等于iin能量存储在电感Lin2,存储在电感Lin2上的能量在t0之前的时间段里由于耦合,完全传递到电感Lin1。此时,不考虑振铃影响,D1和辅管Sa上的电压为(Vo+Vc)。这个阶段在t1时刻S1关断时结束。 模式2[t1"t2]在t1时刻,S1关断,所有的寄生电容在这段时间开始充放电。当S1的寄生电容Cs1充电压vCs1达到[Vo+Vc]时,这个阶段结束。Vc的电压可通过式(1)计算。 式中:fs为开关频率; D为占空比。 模式3[t2"t3]在t2时刻vcs1的电压充到(Vo+Vc)时.D1和Sa的体二极管导通。实现Sa的ZVS。在t2时刻,部分电流流过箝位二极管Dc,此时iDc=iin%26;#215;CD1/(CD1+Cs1+Csa)。因为CDc比其他的寄生电容小很多,所以可以忽略不计。在这个阶段内,电流iDc以斜率-Vc/Lik减少,同时i2也以与iDc同样的斜率减少。当iDc下降到零时,这个阶段结束。 模式4[t3"t4]在t3时刻iDc减小到零时,箝位二极管Dc关断,i2继续以斜率-Vc/Lik减小,当i2减小到-Iin时,这个阶段结束,此时i1=2Iin。 模式5[t4"t5]在t4时刻,Sa关断,此时寄生电容Csa和Cs1分别被充电和放电。当vsa的电压达到(Vo+Vc)时,S1的体二极管导通,这个阶段结束。 模式6[t5"t6]在t5时刻主管S1的体二极管导通.实现S1的ZVS。同时在t5时刻.D1和S1的换流开始,当iD1的电流减小到零时,这个阶段结束。 模式7[t6"t7]在t6时刻iD1=0此时寄生电容Cd1将与漏感Lik谐振,当D1上的电压vCD1为零时,这个阶段结束。 模式8[t7"t8]在t7时刻vCD1=0,谐振期结束,此时,Dc导通。然后由于谐振,Iin和i2的差值电流流过Dc,并且以斜率-Vcs/Lik减少。当iDc=0时,这个阶段结束。 这里只介绍一个周期的工作情况,下个周期如同这个周期一样地循环,在这里不做重复说明。     2 实验结果 为了验证上述的工作原理和理论分析,做了一个输入为直流90~150V,输出为直流350V,功率500W,频率193 kHz的DC/DC变换器样机。这个电路中所用到的参数如表l所列,其中所有的参数和图I的主电路中所标注的是相对应的。图4和图5给出了主管和辅管的ZVS工作过程,从图中可以发现主管S1和辅管Sa均实现了ZVS,并且它们的漏一源极电压箝在DC 440V左右。图6给出了整流二极管D1的电压波形,从图中可以看出二极管上的电压振铃被箝位二极管Dc消除了。图7给出了在满载情况下,流过Lin2的电流。图8给出了辅管sa的电流波形。图9给出了主管S1的电流波形。这些波形与上述理论分析基本一致。图10给出了效率曲线,在输入90V时,在375W左右效率最高,而在150V输入时,效率在475W左右时最高。 3 结语 本文提出了一种新的ZVS-Boost DC/DC变换器,实验结果很好地验证了理论分析。采用一个简单的有源箝位电路,所有的开关都实现了zvs,在高频下实现了高效率。这种变换器也可以应用在功率因数校正方面,相对于传统的硬开关CCMBoost功率田数校正,它具有高功率目数,高效率和低成本的优点。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200703/10559.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved