開關(guān)變換器的緩沖電路(參考版)
2024-08-28 11:29本頁(yè)面
【正文】 。 三種緩沖電路的比較RCDLCD能量回饋簡(jiǎn)單性及成本最簡(jiǎn)單昂貴簡(jiǎn)單損耗損耗無損無損鉗位電壓與輸入電壓的關(guān)系不相關(guān)不敏感線性鉗位電壓與負(fù)載電流的關(guān)系相關(guān)不相關(guān)，但與漏感相關(guān)不相關(guān)寬輸入電壓范圍最適合適合不適合開關(guān)管電壓高低低開關(guān)管電流低高中額外磁芯不需要需要不需要RCD緩沖電路是一種低能耗緩沖電路，目的是耗散過電壓的能量。主要缺點(diǎn)是增加了鉗位開關(guān)，增加了控制電路的復(fù)雜性，在電路設(shè)計(jì)上需要給出一個(gè)與主功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路隔離的能給出可控占空比信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路；另外，主功率開關(guān)管的零電壓條件明顯與負(fù)載有關(guān)?？刹捎眉煽刂菩酒ｋ妷憾~相同或稍低一些。主開關(guān)管Tr1的電流有效值為 （）漏源電壓由下式求出，即 （）（4）諧振電容C實(shí)現(xiàn)零電壓轉(zhuǎn)換的條件是諧振周期要大于兩倍的關(guān)斷時(shí)間，即 （）所以，諧振電容C為 （）（5）輔助開關(guān)Tr2的選取。 （）因?yàn)樵谧罡咻斎腚妷篣imax和最高輸出電壓Domax時(shí)有最大占空比Dmax，所以我們可以規(guī)定Uimax，然后由式（）求出Dmax。（2）確定最大占空比Dmax。 有源鉗位電路主要元件參數(shù)設(shè)計(jì)考慮電路設(shè)計(jì)包括主電路設(shè)計(jì)，輔助電路設(shè)計(jì)及控制電路設(shè)計(jì)，與普通的單端正激PWM變換電路的設(shè)計(jì)相比，有特殊性也有共同點(diǎn)，其基本的設(shè)計(jì)步驟如下。另外可能會(huì)產(chǎn)生的一個(gè)問題是，當(dāng)主開關(guān)開通時(shí)，瞬間的正向勵(lì)磁電流會(huì)使鉗位開關(guān)的體二級(jí)管導(dǎo)通，又由于鉗位電容和鉗位開關(guān)體二級(jí)管的低阻抗電流路徑，這樣Vi 、VDc、S1就形成了通路，導(dǎo)致整個(gè)電路的失敗。在t7時(shí)刻，開通主開關(guān)管S1，開始下一個(gè)開關(guān)周期。⑥ 開關(guān)模式6（t5~t7，（f）） 在開關(guān)模式6中，S1仍為關(guān)斷狀態(tài)，在t5時(shí)刻，鉗位開關(guān)管S2被驅(qū)動(dòng)關(guān)斷，變壓器勵(lì)磁電感與S1的結(jié)電容再次諧振，使CS放電，且uCs從Vi+VCc開始諧振下降，在t5~t6時(shí)段，CS上的電壓為ViuCs(t) =Vi+VCccoswm(tt5)Zmim(t3)sinwm(tt5)Vi+VCc，因?yàn)閡N1= uCsVi，可以看出uN1會(huì)隨著uCs的下降而下降，所以勵(lì)磁電流的下降趨勢(shì)變得相對(duì)比較緩慢，im(t)=im(t3)coswm(tt5) VCcsinwm(tt5)/Zm；在t6時(shí)刻，CS上的電壓下降為Vi，這個(gè)過程持續(xù)的時(shí)間為：t6t5=tg1[VCc/Zmim(t3)]/wm；在t6~t7時(shí)段，uCs從Vi開始諧振下降，所以在這個(gè)階段內(nèi)，加在勵(lì)磁電感兩端的電壓為正向電壓，勵(lì)磁電流開始反向增加；在t7時(shí)刻，uCs=0，S1的體二極管導(dǎo)通，即uCs被鉗位在零，為下個(gè)周期主開關(guān)零電壓開通創(chuàng)造了條件。這就是磁通復(fù)位的過程。 在t3~t5階段，由于變壓器磁能與鉗位電容的磁能相互交換，CC產(chǎn)生充放電的過程，使VCc 有所變化，其變化量為Δu，Δu為CC上的紋波電壓值，主開關(guān)電壓被鉗位在Vi+VCc+Δu，若開關(guān)頻率越高，則Δu越小，當(dāng)ΔuVCc，則可認(rèn)為鉗位電容上的電壓基本恒定。在t5時(shí)刻，也就是當(dāng)勵(lì)磁電流為im(t3)時(shí)，關(guān)斷S2，由于鉗位電容和結(jié)電容的存在，鉗位開關(guān)管兩端的電壓不能突變，故S2是零電壓關(guān)斷。⑤ 開關(guān)模式5（t4~t5，（e）） 在開關(guān)模式5中，鉗位開關(guān)管S2處于開通狀態(tài)，鉗位二極管VDC截止。在t4時(shí)刻，勵(lì)磁電流下降到零，開關(guān)模式4結(jié)束。此時(shí)，加在變壓器初級(jí)繞組上的電壓為VCc，變壓器勵(lì)磁電流繼續(xù)下降，im(t)=im(t3)[VCc(tt3)]/Lm。這個(gè)階段持續(xù)時(shí)間為：t3t2=[sin1(VCc/Im(+)Zm)]/wm。加在變壓器的初級(jí)繞組的電壓為反向電壓，即勵(lì)磁電流開始由正向最大值Im(+)減小，磁心開始復(fù)位。② 開關(guān)模式2（t1~t2，（b）） 在t1時(shí)刻，主開關(guān)管S1的結(jié)電容CS電壓uCs=0，S1軟關(guān)斷，S2 和VDC仍處于關(guān)斷狀態(tài)，整流管VD1繼續(xù)導(dǎo)通，此時(shí)，折算到初級(jí)的負(fù)載電流IO/n和勵(lì)磁電流im同時(shí)給S1的結(jié)電容CS充電，一般imIO/n，因此uCs從零開始線性上升，其中uCs(t)=IO(tt1)/nCS，im(t)= im(t1)+[Vi(tt1)]/ Lm[IO(tt1)2]/2nLmCS，在t2時(shí)刻，電容CS上的電壓上升到輸入電壓Vi，開關(guān)模式2結(jié)束，此時(shí)變壓器勵(lì)磁電流達(dá)到正向最大值Im(+)=im(t0)+VidT/Lm+nCsVi2/(2LmIO)。其中，主開關(guān)管S1上的電壓uS1=0，鉗位開關(guān)管S2上的電壓為Vi+VCc。① 開關(guān)模式1（0~t1，（a））在t=0時(shí)刻，來自控制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使S1導(dǎo)通，變壓器原邊繞組兩端的電壓uN1=Vi，整流管VD1開通。 有源鉗位正激變換器 有源鉗位正激變換器及原理波形 (a)（0~t1） (b)（t1~t2） (c)（t2~t3） (d)（t3~t4） (e)（t4~t5） (f)（t5~t7） 有源鉗位正激變換器各種開關(guān)模式的等效電路在t=0之前，主開關(guān)S1關(guān)斷，鉗位電容上的鉗位電壓為VCc=dVi/(1d)。這種變換器每個(gè)PWM周期可分為6個(gè)開關(guān)模式。能量回饋緩沖電路的鉗位電壓較低，且不會(huì)產(chǎn)生損耗，不需要額外的磁芯，只需在變壓器中多繞制一個(gè)繞組，開關(guān)管電流應(yīng)力小于LCD緩沖電路。然后，再通過輸入電壓對(duì)初級(jí)電感進(jìn)行充電。假設(shè)電容C足夠大，電壓在每個(gè)周期中均保持不變。這種方法要求變壓器額外繞制一個(gè)繞組Nr，與正激變換器的能量回饋線圈比較相似，比LCD緩沖電路少一個(gè)元件。將式()代入式()整理后得： ()由式()可以看到，初始化電流隨初始化時(shí)間的減小而增加，這表明盡可能地增加初始化時(shí)間，有利于減小緩沖電路帶來的附加損耗。若變換器輸入采用PFC，變換器的輸入電壓則相對(duì)穩(wěn)定(400V)，初始化電流的峰值和有效值均最小，緩沖電路的附加損耗也最小。(2) 諧振電感的選擇由于Cs1，Cs2電壓上升到Vi的過程在開關(guān)管導(dǎo)通期間完成，因此，初始化時(shí)間τ1應(yīng)小于開關(guān)管最小導(dǎo)通時(shí)間，即 ()同樣，根據(jù)LC諧振電路原理，在已知初始化時(shí)間τ1和緩沖電容值后，可以得到諧振電感的電感量為 () (3) 緩沖電路的損耗緩沖電路的初始化峰值
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