《移相控制零开关谐振型pwm+dcdc全桥变换器的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《移相控制零开关谐振型pwm+dcdc全桥变换器的研究（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西安科技大学 硕士学位论文 移相控制零开关谐振型PWM DC-DC全桥变换器的研究 姓名：范晓敏 申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动 指导教师：刘树林 20090508 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 移相控制零开关谐振型P W I V lD C D C 全桥变换器的研究 电力电子与电力传动 范晓敏( 签名) ：造堕丝 刘树林( 签名) ：盈幽碰缢 摘要 移相全桥( P h a s e s h i f t e dF u l l b r i d g e ，P SF B ) P W MD C D C 变换器开关管工作在零电压 开关( Z e r o V o l t a g eS
2、 w i t c h i n g ，z v s ) 或零电流开关( Z e r o C u r r e mS w i t c h i n g ，z c s ) 方式时，具 有开关应力小、开关损耗小、工作频率高等特点，广泛应用于高输入电压、大功率的直 流变换场合。 本文分析了带隔直电容的P SF BZ V SP W MD C D C 变换器的工作原理、电路特性及 隔直电容C b 对变换器工作过程的影响。根据c b 值的不同，将变换器原边电流的环流阶 段、滞后桥臂开关管的开、关转换过程及整流二极管的换流过程分为两种工作模式；由 临界条件推导出隔直电容的临界值C b ( c r i 0 ；对不同工作
3、模式下，副边占空比的丢失作了 分析比较，得出以下结论：当C b 五2 2 1 2 ，因此上式可写为 K = ( ) 一 联立方程( 2 1 ) Y F 【l ( 2 7 ) 并代入条件i p ( t o ) = O ，f p ( f 1 ) = = ( 凡- M t 2 ) n 得 ”锷警 ( 2 7 ) ( 2 8 ) 2 工作模式2 I t l f 2 】时段，对应图2 3 ( b ) 。t l 时刻后，D 6 关断，D 5 继续导通，变压器开始向负载 传输能量。原边电流通路仍为形。( + ) 一9 l 一三I k _ c b _ 9 _ K 。( - ) ，其大小等于输出滤波电感 电流的
4、原边折算值。此时段内原边等效电感。为谐振电感L l k 和输出滤波电感的原边折 算值行2 厉之和，即产己l l 【切2 勘电流f p 和电压V C b 满足 乞掣：吃一纷圪一场( t ) ( 2 9 ) 1 0 2 带隔直电容的P SF BZ V SP W MD C D C 变换器的分析 i P ( t ) = G 掣 ( 2 1 0 ) “Z 解方程( 2 9 ) 、( 2 1 0 ) 并代入初始条件i p ( t 1 ) = I ! 、V C b ( t 1 ) = V I 可得 O ) = 一n V o + I I Z 2 s i nc 0 2 ( t t j ) 4 - ( K 一圪+
5、 n V o ) c o s c a 2 ( t 一毛) ( 2 1 1 ) ( f ) = c 。s o 一) 一塑半s i n 吐。一) ( 2 1 2 ) 肌= 矗艏鹎= 压黼毗 如时刻O l 关断，p 上升至最大值昂( 参考图2 2 知，I p = ( I L + A I c 2 ) n ) ，此工作模式结 束。将i p ( 怨) = 昂代入式( 2 1 2 ) 得 t , 2 = a - f l ( 2 1 3 ) = ( 2 1 3 ) 国2 其中，口= a r c c o s 咖删a n 学 设f 2 时刻C b 电压上升到圪，将式( 2 1 3 ) 代入( 2 1 1 ) 得
6、坎= ( 乞) = 圪- V o + 、i 22 + ( K 一+ n V o ) 2 一2 乞2 2 ( 2 1 4 ) 3 工作模式3 t 2 - t 3 时段，对应图2 3 ( c ) 。，2 时刻9 l 关断，原边电流从Q I 中转移到C 1 和C 2 支路 中，给C l 充电，C 2 放电。因电容电压不能突变，Q l 实现准零电压关断。电流流通回路 为K n ( + 广C l 、C 2 _ I l C b _ Q 4 _ - ) 。在这个时段，C l 、C 2 的电压、电流为 K l ( f ) = 一v c 2 ( f ) ( 2 1 5 ) 讹) = C l 掣 ( 2 1 6
7、) a t 讹) = 一C 2 掣 ( 2 1 7 ) 将式( 2 15 ) 代入( 2 16 ) 得 i c l ( 矿) = 一c I 了d v c 2 ( t ) ( 2 1 8 ) 西安科技大学石贞= k - 字位论灭 由K C L 得，图2 1 中A 点电流满足 i c l ( f ) + t 2 ( f ) = ( f ) ( 2 1 9 ) 将式( 2 17 ) 、( 2 18 ) 代入式( 2 19 ) j | j L C l 业d t C 2 掣州P f ) 1上 班 整理得 2 C l e a dd v 口c 2 f ( t ) - = 一删 ( 2 2 1 ) 同时，原边
8、电流昂和隔直电容电压V C b 满足 t 掣一刀圪嘞 必) = G 掣 ( 2 2 3 ) 由式( 2 2 1 ) ( 2 2 3 ) 可看出，此时段电路处于一个很复杂的谐振过程。实际上，考虑 到输出滤波电感勿很大，可认为在此时段内原边电流基本不变，昂砩，类似恒流源2 1 。 因此可近似认为电压V 。2昂作用下线性下降，电压V C b昂作用下线性上升，即有 o ) - o 云o ) Q 2 4 嘣垆乞( ) + ( 2 2 5 ) 在t 3 时刻，C z 的电压下降到零，Q 2 的反并联二极管D E 自然导通，工作模式3 结束。 此时，V A B = 0 ，变压器原边电压为零( 实际上，当V
9、A = V f b 时，变压器原边电压己减小到零) 。 解式( 2 2 4 ) 得该模式的持续时间为 铲等 2 6 ， 设f 3 时刻比b 上升到巧，将式( 2 2 6 ) 代入( 2 2 4 ) 得 巧= ( f 3 ) = K + 每当 ( 2 2 7 ) 乙6 从上述分析可知，O l 和Q 2 的驱动信号死区时间应满足a ( 1 e a d ) t 2 3 ，即 2 带隔直电容的P SF BZ V SP W MD C D C 变换器的分析 t d C t e a d ) 氇厶 ( 2 2 8 ) 学业 【2 ) i t P 4 工作模式4 如时刻，D 2 自然导通，此后开通Q 既可实现零
10、电压开通，又能实现零电流开通。 待Q 2 完全导通后，电流流过Q 2 ，将仍短路，电流通路为Q 2 _ 三I k C b _ 9 _ Q ( 若开关 管选用I G B T ，因其为单向开关管【2 6 】，即使0 2 导通，电流仍流过D E ，此时原边电流流 通回路为晚一厶I C b 一9 一D 2 ) ，原边电流进入环流阶段。此时，隔直电容电压V C b 作 用在谐振电感上，原边电流由最大值开始减小，可认为隔直电容电压基本不变，v c b = V 3 ， 则原边电流i p 的变化率讳为 = 丁d i p ( t ) = 乏 副边电流变化率的原边折算值纬为 砖= 去掣= 比V o ， 亿3 。，
11、 比较J | D 和的大小，可将此时段工作过程分为两种情况： ( 1 ) 工作模式4 妒如) 【t 3 t 4 时段，对应图2 3 ( d ) 。当隔直电容G 的值较小时，铲纬，原边电流变化率大 于副边电流变化率的原边折算值，在t 3 时刻后，i p 下降，副边绕组l 的电流蟊l 也下降， 经过一段很短的时间，砧下降使得良l 讳，因此有 厶 2 C r r a g V , 半 亿5 2 ， 6 工作模式6 【t s a r 6 时段，对应图2 3 ( f ) 。在t 5 时刻，D 3 自然导通，开关管Q 3 两端的电压被箝位 在零，此后开通9 既可实现零电压导通，又能实现零电流开通。0 3 完
12、全导通后，电流 流过Q 3 ，将忱短路，原边电流通路为K n ( ) 一Q _ 三I k c b 一幺一K 。( + ) ( 若开关管为I G B T ， 电流通路为K n ( ) _ D 2 _ 厶k C b D 3 _ K n ( + ) ) 。此时段内，副边两个整流二极管同时导通 续流，变压器副边绕组被短路，导致原边电压也为零，V A B = K n 。此时段内原边电流是 减小的，可认为隔直电容电压基本不变，比b 虼，则有 厶掣+ _ = 一 ( 2 5 3 ) 若昂( ，5 ) = 如，解式( 2 5 3 ) 得 o ) = 二! 弓；I 量( f 一冬) + 厶 ( 2 5 4 )
13、若i p ( t 5 ) = ，2 ，则有 1 6 2 带隔直电容的P sF BZ V SP W MD C D C 变换器的分析 ( f ) = 二兰二 二上2 ( f 一岛) + t ( 2 5 5 ) 到t 6 时刻，原边电流昂下降到零，v C b 上升到最大值比b p ( 即V 4 = V c b p ) ，此工作模式 结束。之后进入下半个- r f l z N 期，电流从零开始反向增加，I f l ： , z t 程类似于上半个工作 周期，在此不再赘述。若开关管为I G B T ，t 6 时S f j - - 极管D 2 和D 3 自然关断，之后电流 流“ z - t0 2 和0 3
14、，开始反向增加。 将i p ( 6 ) = 0 代入式( 2 5 4 ) 、( 2 5 5 ) 可得该模式的持续时间为 铲提 仁5 6 ， f 5 6 = 东琵 Q 5 6 红撬 另外，将V 4 = V C b p 代入式( 2 4 7 ) 和( 2 5 1 ) ! 写t V c b p = 巧+ 等 。1 I D 划吲Q l 取 1 1k + U L 一一 二一 C b = v o , 丁 阻门 7 + 叫 _ - ，1 ： 。j 净岱 y rV f - ( a ) 州l 时段 。嗣缸 I D 划尉Q + D s i 。厶 、UL ，k c b = v o , 丁 阻几r + 化 川 y r
15、 、一f 一 。 l ( c ) f 2 f 3 时段 1 7 ( 2 5 7 ) ( 2 5 8 ) 。7 1 l D 划蚓Q + 一鲁j l 一一是 C b =2 7 札l 一 斗 叫 一 I “- f o 一 l - ( b ) f l f 2 时段 。嗣 D 剧目幺 伤 ，厶 c b = + 、U 一1 二 2 v C b r几 7 + 叫 一 r = “ t i c 现 g f、，r C。u - ( d ) 如妇时段 西安科技大学硕士学位论丈 砰件 D 型目Q l I 1 一爸f L 。点 C b = 峙b r丌 r +化“ y r、，r 一 。i l - ( d ) t 3 一t 4 时段 ( e ) t 4 f 5 时段 剧与g 兰。 B + 。 鲁屯。上一 7 汹几 7 k 川 。r = ! ； 强台 y r r - ( g ) f 6 f 7 时段 L 畸卫剧蚤 鼹 i l 上f 7 1 7 + “ y r o f r = L! i 沁 - ( i ) ，旷为时段 1 8 ( e ) t 4 t 5 时段 L _ “ 监 U B 镶 。un L 。二 7 1 l 祗门 7 + 川 y r 7 f
