一种改进型零电压开关pwm三电平直流变换器的研究

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1、一种改进型零电压开关PWM三电平直流变换器的研究

2、第1内容显示中摘要：介绍了一种带输出饱和电感的移相零电压开关P三电平直流变换器，与传统的零电压三电平比较，它具有在较宽负载范围内实现零电压软开关；减小副边占空比丢失；减小输出二极管的寄生振荡及电压尖峰等特点。实验样机表明，该电路整机效率高，采用电流峰值控制后，系统的稳定性高，易于实现中大功率DC/DC变换。关键词：饱和电感；零电压开关；三电平AZero-Voltage-Sptheparasiticoscillationandvoltagespikeoftheoutputdi

3、ode.TheprototypeexperimentalresultsverifytheDC/DCconverterhasagoodefficiencyandahighstabilityouseg(this)">图1改进ZVS三电平电路一般移相三电平在一个完整的开关周期有12个开关状态，除了正半周和副半周的2个功率输出过程和2个箝位续流过程外，还有超前臂工作期间从死区时间开始的谐振和换流过程，以及滞后臂工作期间从死区时间开始的谐振和换流过程。为了实现ZVS软开关，超前及滞后臂都必须有足够的电感量来吸收开关管寄生电容和变压器

4、分布电容上的电荷，如下式500)this.style.ouseg(this)">LI2>500)this.style.ouseg(this)">Cmos500)this.style.ouseg(this)">＋Ctr500)this.style.ouseg(this)">（1）式中:L为总的参与谐振的电感；500)this.style.ouseg(this)">Cmos为两个开关管寄生电容的等效值；Ctr为变压器分布电容等效值。三电平零电压超前桥臂由于有励磁电感和输出电感折算值n2Lf参与谐振，因此有足够的能量在很宽

5、范围内实现超前臂ZVS。但是，传统ZVS三电平在滞后臂谐振的时候两输出整流二极管同时处于续流状态，只有原边的谐振电感Lr参与谐振，输出电感和励磁电感都不参与谐振换流。由于Lr《n2Lf，相对于超前臂而言，滞后臂很难在宽范围内实现ZVS，同时在换流过程，ZVS电路会发生副边占空比丢失。加入输出饱和电感和续流二极管后，改变了滞后臂的换流过程，励磁电感将参与谐振换流。根据饱和电感的特性，在超前臂Q1和Q4在换流过程中与传统的ZVS三电平类似，此时饱和电感由于电流大，处于饱和低阻导通状态；滞后臂Q2和Q3换流时，初级电流降到励磁电

6、流，输出整流二极管电流趋近于零，饱和电感很快退出饱和，呈现高阻断状态，输出电流全部流过续流二极管Ds，变压器转化为纯电感状态，从而启动励磁电感参与滞后臂的串联谐振。由于等效的谐振电感大大增加，在初级电流近似不变的条件下，根据式（1），滞后臂会有足够能量吸收寄生电荷，实现宽范围ZVS。同时在加入饱和电感后，由于滞后臂有励磁电感参与谐振，谐振条件与负载关系不大，所以在设计原边谐振电感时可以尽量减小该电感，这样，根据文献[2]对占空比丢失的讨论，可以减小副边占空比丢失。饱和电感的特性相当于磁开关，在电流小于Ic时，饱和电感不饱和

7、，电感量很大，磁关断输出整流二极管，这样有效地阻挡了由输出二极管产生的反向恢复电流，从而减小了由二极管寄生电容和变压器输出漏感引起的电压振荡，同时减小电压尖峰。3饱和电感的设计本文讨论的是VITROPERM6050Z钴基非晶磁芯，它的磁导率为2000～3000，具有非常低的磁芯损耗和非常高的矩形比，当电流在接近零时具有非常大的电感量。这个很大的电感量可以有效地阻挡由二极管产生的反向恢复电流。该磁芯在比较小的电流条件下就可以进入饱和。饱和电感的磁滞回线如图2所示，其工作过程如下：到达工作点1时（电流导通），磁芯处于饱和状态，

8、具有非常低的电感量。当电流关断时，工作点到达剩磁点2。二极管的反向恢复效应使得电流向小于零的方向减小，这时，由于钴基非晶有非常高的磁导率，因此它的电感量很大，有效地抑制了二极管的尖峰电流，实现了二极管的软恢复。由于高电感值，阻止了磁芯工作在工作点3，而留在反向剩磁点4，然后被磁化开始下一个循环。500)this.style.ouseg(this)">图2磁滞回线一般来讲，饱和电感的磁通必须满足式（2）。φ·Sa≥π·trr·Vr·Io500)this.style.ouseg(this)">(2)式中：Sa为磁芯截面积；J

9、为铜线电流密度；Fcu为铜线填充系数，对于绕线磁芯电感，取Fcu=0.3～0.4;对于铜线径磁芯电感，取Fcu=1；trr为输出二极管反向恢复时间；Vr为输出二极管反向电压；Io为输出电流。所以具有中等线电流密度(2A/mm2)的铜线径磁芯电感，式（2）可以简化为φ·Sa≥1.5·trr·Vr·Io(