組合式雙管正激直流變壓器研究
等效電路如圖3(d)所示。在t4時(shí)刻,副邊整流二極管D4導(dǎo)通,電源Uin通過變壓器原邊Np2向負(fù)載傳遞能量。同時(shí)電感Lr1電流iLr1和電感Lr2電流iLr2在輸入電壓和副邊折算到原邊的電壓共同作用下,分別線性下降和上升。當(dāng)開關(guān)S3、S4關(guān)斷時(shí),該模態(tài)結(jié)束。在該模態(tài)中,漏感電流分別為:
從t5時(shí)刻開關(guān)管S3、S4關(guān)斷之后,該變壓器開始另半個(gè)周期工作,其工作過程和前半個(gè)周期類似,這里不再贅述。
圖3直流變壓器各模態(tài)等效電路
3輸入輸出特性
直流變壓器采用開環(huán)控制,每只開關(guān)管在接近0.5的占空比下工作。以S1、S2導(dǎo)通為例,直流變壓器在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的簡化等效電路及副邊電流波形,如圖4所示。
圖4變換器的簡化等效電路和副邊電流波形
由電路和波形可得:
其中:Io為負(fù)載電流,Is為電流iNs2在t4時(shí)刻的值,由式(11)可知,輸出電壓和電感Lr、整流二極管寄生電容等有關(guān)。由式(14)可以得知,為了得到較硬的輸入輸出外特性,必須減少變壓器原邊電感。
4ZVS條件
根據(jù)前面的分析,實(shí)現(xiàn)ZVS開通(以開關(guān)S3、S4為例)必須滿足下面兩個(gè)條件:
(1)保證開關(guān)兩端的電壓下降到零;(2)開關(guān)管在t1-t3時(shí)間間隔內(nèi)導(dǎo)通。
為保證開關(guān)管兩端電壓下降到零,電感Lr在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)刻(t0時(shí)刻)的能量必須足夠大。電感Lr電流取決于輸出功率、輸入電壓和輸出電壓的大小,所以,電感Lr是直流變壓器主要設(shè)計(jì)參數(shù)。
4.1電感Lr取值對直流變壓器影響
(1)電感越大,越容易在輕載下實(shí)現(xiàn)ZVS。
(2)電感越大,輸出電壓降越大。
由式(11)可知,Lr越大,IS越小;在相同負(fù)載條件下,由式(14)可知,輸出電壓越小。
4.2ZVS開通條件
(1)為保證開關(guān)管兩端的電壓下降到零,由式(4)可知:
結(jié)合式(11)和圖3(b),可得:
由式(16)可知,負(fù)載越小,為實(shí)現(xiàn)ZVS開通所需的電感就越大。
(2)開關(guān)管在t1-t3時(shí)間間隔內(nèi)導(dǎo)通,即開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間Toff必須滿足:
結(jié)合式(4)、(11)和圖3(b),可得:
5實(shí)驗(yàn)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:Uin=240V-300V,匝比n=11:13,Po=2kW,開關(guān)頻率f=100kHz,D=0.48。變壓器采用雙EE55B鐵心繞制,MOSFET選用IRF460。原邊箝位二極管和副邊整流二極管均為DSEI30-06A。圖5-圖7分別給出了Lr1=Lr2=25μH、Uin=270V、輸出電壓Uo=180V、Po=2kW時(shí)的主要實(shí)驗(yàn)波形。
圖5ZVS開關(guān)波形
圖5為開關(guān)管S1兩端電壓和驅(qū)動(dòng)波形。可見開關(guān)管開通時(shí),開關(guān)管兩端電壓已經(jīng)減小到零,實(shí)現(xiàn)ZVS開通;在開關(guān)管關(guān)斷時(shí),開關(guān)電壓慢慢上升,為ZVS關(guān)斷。
圖6滿載驅(qū)動(dòng)和副邊電壓波形
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