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涨常识啦!有源钳位正激变换器的理论剖析办法

2019-06-21 10:23 来历:威廉希尔网归纳 修改:niko

零电压软开关有源钳位正激变换器拓扑十分合适中小功率开关威廉希尔的规划。添加变压器励磁电流或运用磁饱满电感均能完结零电压软开关作业形式。依据对零电压软开关有源钳位正激变换器拓扑的理论剖析,提出了一套有用的优化规划办法。试验成果验证了理论剖析和规划办法。

1  导言

单规矩激变换器拓扑以其结构简略、作业牢靠、本钱低价而被广泛运用于独立的离线式中小功率威廉希尔规划中。在核算机、通讯、工业操控、仪器仪表、医疗设备等范畴,这类威廉希尔具有宽广的市场需求。当今,节能和环保已成为全球对耗能设备的根本要求。所以,供电单元的功率和电磁兼容性天然成为开关威廉希尔的两项重要目标。而传统的单规矩激拓扑,因为其磁特性作业在榜首象限,并且是硬开关作业形式,决议了该电路存在一些固有的缺陷:变压器体积大,损耗大;开关器材电压应力高,开关损耗大;dv/dt和di/dt大,EMI问题难以处理。

为了战胜这些缺陷,文献[1][2][3]提出了有源钳位正激变换器拓扑,从根本上改变了单规矩激变换器的运转特性,并且能够完结零电压软开关作业形式,然后很多地减少了开关器材和变压器的功耗,降低了dv/dt和di/dt,改进了电磁兼容性。因而,有源钳位正激变换器拓扑敏捷获得了广泛的运用。

但是,有源钳位正激变换器并非白璧无瑕,零电压软开关特性也并非总能完结。因而,在工业运用中,对该电路进行优化规划显得尤为重要。本文针对有源钳位正激变换器拓扑,进行了具体的理论剖析,指出了该电路的局限性,并给出了一种优化规划办法。

2  正激有源钳位变换器的作业原理

如图1所示,有源钳位正激变换器拓扑与传统的单规矩激变换器拓扑根本相同,仅仅添加了辅佐开关Sa(带反并二极管)和储能电容Cs,以及谐振电容Cds1、Cds2,且略去了传统正激变换器的磁康复电路。磁饱满电感Ls用来完结零电压软开关,硬开关形式用短路线代替。开关S和Sa作业在互补状况。为了防止开关S和Sa共态导通,两开关的驱动信号间留有必定的死区时刻。下面就其硬开关作业形式和零电压软开关作业形式别离进行评论。为了便利剖析,假定:

涨常识啦!有源钳位正激变换器的理论剖析办法

1)储能电容Cs之容量足够大以至于其上的电压Vcs可视为常数;

2)输出滤波电感Lo足够大以至于其间的电流纹波可忽略不计;

3)变压器可等效成一个励磁电感Lm和一个匝比为n的抱负变压器并联,并且初次级漏感可忽略不计;

4)一切半导体器材为抱负器材。

2.1  有源钳位正激变换器硬开关作业形式

硬开关的有源钳位正激变换器作业状况可分为6个作业区间,要害作业波形如图2(a)所示。

[t0~t1]期间主开关S导通,辅佐开关Sa断开。变压器初级线圈遭到输入电压Vin的效果,励磁电流线性添加,次级整流管导通并向负载输出功率。t1时刻,主开关S断开。

[t1~t2]期间负载折算到变压器初级的电流Io*和励磁电流im给电容Cds1充电和Cds2放电,电压Vds1敏捷上升。t2时刻,Vds1上升到Vin,变压器输出电压为零,负载电流从整流管D3转移到续流管D4。

[t2~t3]期间只要励磁电流im经过Lm、Cds1、Cds2持续谐振,并在t3时刻Vds1到达(Vin+Vcs)。辅佐开关Sa的反并二极管D2导通,励磁电流给电容Cs充电并线性减小,此刻,可驱动辅佐开关Sa。

[t3~t4]期间变压器初级线圈遭到反向电压Vcs的效果,励磁电流由正变负。t4时刻,Sa断开。

[t4~t5]期间电容Cds1、Cds2与Lm发作谐振,并在t5时刻电压Vds1下降到Vin,变压器磁芯完结磁康复。

[t5~t0′]期间次级整流管导通,变压器次级绕组短路,给励磁电流供给了通道。在此期间,Vds1维持在Vin,励磁电流保持在-Im(max)。t0′时刻,主开关S被驱动导通,下一个开关周期开端。

很显着,有源钳位正激变换器的变压器磁芯作业在一、三象限,变换器作业占空比可超越50%。因为电容Cds1、Cds2的存在,开关S和Sa均能天然零电压关断,并且Sa能完结零电压导通。但主开关管S作业在硬开关状况。

(a)硬开关作业波形

(b)添加励磁电流完结软开关的作业波形  (c)选用磁饱满电感完结软开关的作业波形

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图2  各种开关电路的作业波形

2.2  有源钳位正激变换器零电压软开关形式

从上面的剖析可显着地看出,当变压器励磁电感Lm减小,励磁电流足够大时,[t5~t0′]期间励磁电流除了能供给负载电流外,剩下部分可用来协助电容Cds2、Cds1充放电。电压Vds1有或许谐振到零,然后完结主功率开关管S的零电压软注册。二极管D1可为负的励磁电流续流。要害作业波形如图2(b)所示,具体的软开关条件将在下一节中具体评论。很显然,软开关的价值是变压器励磁电流和开关管导通电流峰值大幅添加,开关管及变压器电流应力和通态损耗显着加大。

2.3  运用磁饱合电感器完结零电压软开关

 为了战胜上述零电压软开关作业时电流应力过大的缺陷。能够在变压器次级整流二极管上串联一个磁饱满电感Ls,如图1所示。当电压Vds1下降到Vin时,[t5~t0′]期间磁饱满电感Ls瞬时阻断整流二极管,使得变压器励磁电流不用担负负载电流,而可彻底用来给电容Cds2、Cds1充放电。这样,不用很多减小变压器励磁电感,较小的励磁电流就能够确保电压Vds1谐振到零,完结主功率开关管的零电压软注册。要害作业波形如图2(c)所示。

3  静态剖析和优化规划办法

3.1  储能电容电压及开关管承受的电压应力

依据磁芯伏?秒平衡准则,可得式(1)

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式中:Vin为输入直流电压;

Vo为输出电压;

D为主开关导通占空比;

Ts为开关周期;

n为变压器匝比。

因而,主开关S和辅佐开关Sa承受的最大电压应力均为VDS:

QQ20190621-104109

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