带隔离变压器的DCDC变换器零电流转换方案

带隔离变压器的变换器零电流转换方案张方华严仰光南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016压器副边构造了和主功率回路并联的辅助谐振网络在主开关管关断以前开通主开关管通过谐振电容的高电压封锁副边整流桥的输出使变压器原边电流降到零在全负载范围内实现了主管和辅管的零电流开关该文以推挽正激变换器为例进行了详细的理论分析和关键参数的设计通过原理样机的研制证明了这种方案的优点后给出了应用此种思想实现冗的族变换器拓扑

开关零电流转换电力电子1引言捉高开关器件的关频率减小磁性元件的体枳重是提高功率密度的义键技术而在硬开关状态下开关频率的捉高意味着发损耗的大幅度加闪此有必要采软开关技水20世纪80年代以来软开关技术以到深广泛的研宄并取得了迅速发展90年代进步提了零转换26以正激推挽电路的研究为平台1通过辅助电路构成了零电流开关208的正激推挽电路2但这种电路的谐振电感在主回路中增大了导通损耗本文加2个单向导通极管把谐振电感出主回路构成零电流转换2正激推挽电路3实现了主功率管和辅助开关管的零电流开关本文实现2说思想可以应用到其它有变压器隔离的拓扑中

2工作原理分析21稳态工作基本关系分析

设原边匝数产外2副边匝数况匝比22叭乃为开关周期开关频率乃为平均负载电流今为输出滤波电感为输出滤波电容7为负载电阻

电路的稳态工作基本关系和正激推挽电路相同可参考文57

自然关断态1的持续时间为尸472

基本关系式为221时刻前谐振电感电流和谐振电22各工作模态的工作情况电流参考方向下面通过具体的工作模态给出实现软开关的关键波形和控制策略着重分析实现软开关的机理4为电路的工作原理波形在整个工作周期该电路有16个模态在分析之前做出以下假设开关管极管为理想器件电感电容为理想元件今4今足够大可以看成个电流为的电流源

容电压都为6时刻以后副边感应电压加在谐振元件10上和0开始谐振经过乃2到2时刻经大值14时谐振到零由于反向通路被截止谐振过程被打断电压上升到24达到大值模态2的持续时间为Z12流过开关管的电流为23从2时刻开始31自然关断保持为2不变副边电流或者说为负载电流为正常地PWM开关模态77l0viC断漏感平均电流4在原边环流负载电流通过4续流时刻81开通副边感应电压心加在副边漏感4上3电流线性上升24电流线性下降相应地原边电流也从开始线性上升开关管8是有缓冲的零电流开通的6时刻0103中的电流上升到负载电流24343时刻零电流开通8电容6和副边漏感谐振副边输出电流谐振减小时刻心1电流减小到零电容0上的电压为模态4的持续时间为4心谐振电容提供负载电流电容电压断816时刻电容电压减小到0持续时间流时刻可零电压零电流关断辅助开关管8时刻零电流开通主开关管82开始下半个开关周期下半个开关周期的工作模态和上半个周期相同不再赘述

23参数设计谐振元件夂和1和的设计由以下3点制约谐振阻抗足够大以减小由于心谐振而给原副边增加的电流应力般取这也是21方案相对208方案的个优点即增加的谐振电流可以小于大负载输出电流响需尽量减小谐振周期这里定义应能维持较长的提供负载电流的时间以便主功率管的零电流关断在控制上容易实现即46匪74应足够长

这样由式炸口原边开关管的大电流为3274电流应力增大但小于208方案中的电流应力

由于谐振过程的工作时间很短流过整流管的电流有效值变化很小所以整流管的电流定额基本上不变由式14可知谐振电容的电压为2叱这样01的电压定额要比原来增大1倍

3实验结果根据理论分析采用此方案研制成功285输入75输出1让000020丁变换器开关频率为100纽25给出了输出电流710时的实验波形5幻中1为原边开关管81栅源电压波形2为辅助开关管栅源电压波形3为谐振电容电压波形4为电流波形53中1为原边开关管8栅源电压波形2为辅助开关管8栅源电压波形3为整流极管01电压波形4为谐振电感4电流波形由波形可81开通时副边电流有缓冲地上升副边电流在81关断前已降到0这个电流按匝比折算到原边可主功率开关管为有缓冲地开通208关断

4乙变换器族将这种201思想应用到常用的隔离型变换器拓扑中可以得到族零电流开关的变换器拓扑

5结论木文在提出208实现想的基础上增加两个单向导通极管把谐振电感移出主功率回路构成了零电流转换201的0000变换器

借助辅助网络的加入通过谐振使谐振电容电压维持高电位在土功率管关断以前开通辅助开关管用这个高电压封锁副边整流桥的输出这杆副边电流在8182关断以前电流降到零使得原边电流也降到零在全负载范内实现主管和辅管的零电流208开关本文以正激推挽电路为例进行了详细的理论分析和关键参数的设计通过285输75输出020丁变换器原理柞机了应用此种圯想实现20丁的族变换器拓扑

3打3叩6正激推挽电路的研究及工程实现8加41挽变换器口似0仙爪34取61电力电子技术6犷Electronics200221张方华1976男博士研宄生主要从事双向0700变换器王慧贞1964女工程师主要从事航空电源研宄严仰光1935男教授博士生导师主要从事航空电源系统研宄

责任编辑王彦骏