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一种实现电流馈电全桥软开通的方法 Soft Switching of Current F

鏃ユ湡;2019-07-31  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  一种实现电流馈电全桥软开通的方法 Soft Switching of Current Fed Full Bridge Inverter.pdf

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  第42卷第3期 电力电子技术 V01.42,No.3 2008年3月 PowerElectronics March,2008 一种实现电流馈电全桥软开通的方法 邓佳佳,吕征字,杨仲望 (浙江大学,浙江杭州310027) 摘要:在Buck电流馈电全桥拓扑的研究基础上,提出了一种实现全桥软开通的方法,即在电流馈线上接入一个电 感,该电感是馈线上高频电流滤波网络的重要组成部分。详细分析了该拓扑软开关的工作过程。并给出了满足软开 关条件的关键参数设计方法。将该拓扑用于一台直流输入电压为400V,母线kHz样机上。其结果验 证了它的正确性。. 、 关键词:全桥;软开关;滤波/电流馈电 中圈分类号:TM46 文献标识码:A 文章编号:1000-100X(2008)03—0031-02 Soft ofCurrentFedFull Inverter Switching Bridge DENG Jia-jia,L0Zheng—yu。YANG Zhong—wang 310027,China) .(ZhejiangUniversity,Hangzhou ontheresearch full Abstract:Based buck andcurrentfed soft methodoffull upon regulator bridgetopology,a switching is canbeachievedif曲inductorisaddedintothecurrent bridge feeder.The newlyproposed.Softswitching operation ofsoft wag of was theexternalinductoran pIDcess switchingspecified.船well鹊designkeyparameters.Moreover incurrentfilteronthefeeder.A of5.6M100kHzcurrentfeederwith400V DC is part voltage important prototype input to built the verifystrategy. Keywords:fullbridge;soft fed . switching;filter/current 1 引 言 线电流,即通过厶的电流屯。等于厶的电流见, Buck电压馈电全桥电路在高温、大负载或低压VQ,,VQ,结电容两端电压为Uo。t。时刻,VQ:,VQ。栅 输入情况下,开关管存储时间通常变得更长,一旦全 极信号变低,该阶段结束。 桥开关管共同导通,将会导致输出母线短路。造成严 重的后果,而电流馈电拓扑省去了Buck滤波电容。开始进入全桥门极驱动死区阶段。假设£,较大。在 无共同导通问题㈣。该电路适合于输出大功率和多 很短的时间内,/L。能维持在屯不变。VQ,,VQ,结电 路高电压的场合。正常工作下,通常设置全桥开关管 容电压维持在玑不变。厶对VQ:,VQ。的结电容进 有死区.只有在高温重负载等特殊情况下才出现共 行恒电流充电,结电容两端电压线性上升至(玑一 通。若在正常工作下该电路能实现软开关,将减少开 玑),该阶段结束。 关损耗.提高电路效率。 2软开关工作过程 玑,二极管VD2导通使电压箝位。厶的输出电流全部 使用该软开关方法的Buck电流馈电全桥电路通过VD:。同时VQ,,VQ,结电容放电,VQ:,VQ。的结 拓扑如图1所示,L,为电流母线上的外加电感。 电容充电,以维持函乩不变。由于电压箝位,电容 充放电的速度一致,所以VQ:,VQ,,L,回路和VQ。, VQ,,厶回路电流均为屯/2。当VQ,,VQ,结电容电压 下降至零,其体二极管导通,漏源极电压保持为零. 为其零电压开通创造了条件。当VQ,,VQ,门极电压 变成高电平.该阶段结束。 图1 Buck电流馈电全桥电路拓扑 (4)阶段4D,一t4】t,时刻结束死区阶段。通过 以半个母线电流开关周期为例.该变流器可分 VD:的电流变为(i“+屯)。而£。承受(玑+仉)的反向 成6个工作阶段。 压降,函将线~t,】该阶段通过厶的电流开始反 (1)阶段1[to~t。】开关管VQ:,VQ.导通。由于 Buck输出电感£。很大,可视其为一个恒电流源。母 向,次级折算至初级的电压也随之反向,£。承受正向 定稿日期:2007一10—16 压降(仉一仉),厶与VD:换流,也线性增大,当iL。乩 作者简介:邓佳佳(1985一),女,江西萍乡人,硕士研究时,VD:零电流关断,标志该阶段结束。 生,研究方向为高频开关电源模块及电源系 (6)阶段6[t5一td VD:零电流关断时刻,VQ2, 统集成。 31 万方数据 第42卷第3期 电力电子技术 V01.42,No.3 2008年3月 PowerElectronics March.2008 与L,开始谐振。VQ2,VQ。结电容两端电压下降,屯。可知,£。应依据上述两点折中考虑。 将略大于屯。次级的负载和输出电容将吸收多余谐 3.2死区时间“的选择 振电流,直到VQ:,VQ。结电容电压维持在阢不变, 为实现软开通,开关管的门极驱动最早在其体 该阶段结束。 二极管导通时刻变高。因此最小死区时间为: 当阶段6结束后.电路开始重复类似于阶段1 的工作状态,只是£。的电流及次级折算至初级电压 的方向与阶段l相反。 同时要保证在t。内,iu还未过零反向,故td最 3参数设计 多维持到‘过零时刻,其最大死区时间为: 3.1外加电感的选择 +t舻t甜阜磐:掣,(6) ltDL,l l厶,tq 由对阶段6的分析可知,VQ2和VQ。的结电容 ’’ 4实验结果 与£。三者并联谐振的状态方程为: 实验样机中外加30IxH的电感,取死区时间td= ’150 ce争打“_h ns。变流器其他参数:输入直流电压仉=400V, Buck输出电感£。=2mH,Buck和全桥开关管采用 £-挚=M旷玑 式中:C。为VQ:,VQ。结电容并联等效电容。 桥开关管约为O.5恒定占空比互补驱动。开关频率 t,时刻,即谐振初始状态为: 均为100kHz,电流母线A,最 In&l嘞刊d、 ,, … 大可输出功率1.2kW。变压器变比为2:3。次级为8 ¨’ ㈦慨-,d 路、均输出直流电压为36V、功率为100W的电路。 由式(1),(2)解得: 图3a为全桥开关管VQ:,VQ。的驱动电压%和 , 漏源电压u由波形。可见,‰在驱动信号H一为高时依 fu&(1)=uo+(Ud--Uo)co驯t ’。’ 然为零,此时开关管工作于ZVS状态;VQ。,VQ,的 ?m)如悟(ud-Uo)sintot工作状态类似。只是驱动信号与之互补。在初级电流 式中:∞为谐振角频率,血瑶、以瓦万;t为谐振时间,oa(如吨)。母线Q电阻.其两端电压可反映变压器 当VQ:和VQ。的结电容电压降至玑时,£。达的初级电流。如图3b,其有效值约为5.6A。 到谐振电流峰值。即: 霎爹 _ ●●●● ’…r 厶t矿,d+、/}(卧玑) (4) 兰墨 j …¨… … F § 0…。气l…’k£ 由式(3),(4)可知,增大£。可增大其并联谐振≥i 周期,减小谐振电流峰值。另外,由于母线的橱源电压和漏源电压(b)副级电流母线}:电阻两端电压 杂散电感与全桥开关管结电容等易产生高频谐振. 图3实验波形 ;. 导致电流母线稳定性差。所以采用单级CL网络进 5结论 行电流滤波[31。单级CL滤波网络的幅频特性和相频 提出了一种实现Buck电流馈电全桥电路软开 特性将随CL滤波网络的品质因数Q变化。如图2 关的方法,减少了开关损耗,提高了电路效率。母线 所示,其中Q=LVZTC/R(R为输出电阻)。 电流频率可以设计得更高。有利于电源模块的小型 化,为Buck电流馈电全桥电路在大功率输出和多路 高电压场合的应用提高了竞争力。 。 参考文献 Milan Res— f/Hz . flHz 【l】1 JangYunqtaek,JovanovcM.Constant-frequency (a)幅频特性 (b)相频特性 for Distribution onantInverterAC.bus System[A】.APEC 图2幅频特性和相频特性 2005[c].2005。3:864—870。 由图2可见,Q值越大,转折频率处的增益越 I Power Pressman.SwitchingSupplyDesign(2nd [2】Abraham 高,同时相位衰减得越快,可能会引起更剧烈的振 ed.)[M】.北京:电子工业出版社,2006. 荡,所以,p值不宜取太大。另外,由于滤波电容可等 and LuoF VerificationofaCascade 【3】3 L,YeH.Investigation 效为全桥结电容。并且因寄生电感的存在而等效成 .DoubleF-CLCurrentSourceResonant Inverter[J].Electric Power 增大了外加电感值,所以厶的值也不宜太大。综上 Applications,2002,149(5):369—378. 32 万方数据


 
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