三电平双正激DCDC变换器

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1、区秤妈涂谍呕爵胰荒腻守抬斜殴组糯查裙富娠作辆甜冯锡肖采漫涪袒肝骄三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器ZVS三电平双正激三电平双正激DC/DC变换器变换器 楼俊山楼俊山 陈敏陈敏 徐德鸿徐德鸿浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院2003年11月1日姜芝硫傍铺朋谊媳耳大咬否圆真了睡笆慈穗津组页档汝嗜棋狭毯垣捣蘸毛三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器1主要内容主要内容l背景介绍背景介绍lZVS三电平变换器的工作原理三电平变换器的工作原理lZVS三电平变换器的理论分析三电平变换器的理论分析l实验结果实验结果lZVS三电平变换器的拓展三电平变换器的拓展l结论结论厦胰拭

2、寐裙应庚提飘尝愈巨惋闹施凿肩狸境唇粘匆螺谗捞熟肺革暗孙吟桃三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器2背景背景PFCDC/DC 变换器变换器电压应力600V分布式电源系统分布式电源系统三相三相PFC高功率场合高功率场合DC/DC变换器变换器奖翁气矫瓣炽扬俯呜恫阔蓬咆檄幕痢秘坊淤疚到锨垦庄百埠窝炊慎正党益三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器3背景背景电压应力600V Bus三相三相 PFCDC/DC 变换器变换器IGBT开关频率开关频率功率密度功率密度 高频变压器尺寸高频变压器尺寸 驴缸慧浮歪豌镀近卒摸淄递稼辈泼刃全移邵寞雾寂绥秧舒继傲晋分哼牵谅三电平双正激DCDC变换

3、器三电平双正激DCDC变换器4背景背景电压应力600V Bus三相三相 PFCDC/DC 变换器变换器MOSFET三电平三电平DC/DC变换器变换器开关频率开关频率功率密度功率密度捕偿批铰箍贡疯罩味念伯暮霄抚抉清窥继熟讳窥灌疮紊柔勇内击天痕秃酌三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器5ZVS 三电平三电平 DC/DC 变换器变换器 直通的危险直通的危险实现 ZVS 僵父慎钒灌搏浆立勤傣贡果命牲嗣进隶步绘末吏报漫右闽坑铲陌迅相坏抿三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器6原边有耦合电感的三电平原边有耦合电感的三电平 DC/DC 变换器变换器 外加磁芯外加磁芯 实现ZVS

4、浆驶爆甜长睦弹奈勃瞄朱倚捧楼诛喜辣屠节寐吩沥帘贬图瘸弯釉函彤枢庸三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器7三电平双正激三电平双正激DC/DC变换器变换器实现 ZVS 托隙廖渣针连燥盾店玲侄搁逝婉胚撰逐在驹篆削冷繁棒邵铭呀酪虎痞庭阑三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器8三电平双正激三电平双正激DC/DC变换器变换器集成到一个磁芯集成到一个磁芯估整辣堤痊侨卷陈议监官拎徊脖依诵时歇恭褐诞期低匪撑呼境拜庸朔袋燃三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器9变换器的工作原理变换器的工作原理l电路已工作到稳态。电路已工作到稳态。lMOSFETs 是是由由理理想想开开关关

5、和和体体内内二二极极管管组成。组成。 l输出滤波电感输出滤波电感 Lf 假设为恒流源。假设为恒流源。l副副边边电电感感 Ls 是是由由变变压压器器漏漏感感和和附附加加串串联电感组成。联电感组成。n分析变换器工作原理时的假设：分析变换器工作原理时的假设：璃统包挫逆弄憋澎摆惩岔低蛋庚浚掳呕阀烃联煌拒树圈腆瓜迎冠蘸瘪苇牢三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器10三电平三电平DC/DC变换器的控制方案变换器的控制方案lS2 and S4 以以0.5的的占占空空比比互互补补导通。导通。 lS1 and S3以以相相同同工工作作占占空空比比交交替导通。替导通。l通通过过改改变变S1 and

6、S3 的的工工作作占占空空比来得到所需的输出电压。比来得到所需的输出电压。薪定栽贺暇预邢俏狂给顶晦榔剂左厘沫泽镑砖觉笛琅屉括鼠严磋靶市棍闰三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器11三电平三电平DC/DC变换器的控制方案变换器的控制方案lS2 and S4 以以0.5的的占占空空比比互互补补导通。导通。 lS1 and S3以以相相同同工工作作占占空空比比交交替导通。替导通。l通通过过改改变变S1 and S3 的的工工作作占占空空比来得到所需的输出电压。比来得到所需的输出电压。巩众盯掇降沪陌巢慧管时磷硕绽块演摆瞄腋撤掳娟涝椰撂斗陶挺唐狰筹褐三电平双正激DCDC变换器三电平双正激D

7、CDC变换器12三电平三电平DC/DC变换器的控制方案变换器的控制方案lS2 and S4 以以0.5的的占占空空比比互互补补导通。导通。 lS1 and S3以以相相同同工工作作占占空空比比交交替导通。替导通。l通通过过改改变变S1 and S3 的的工工作作占占空空比来得到所需的输出电压。比来得到所需的输出电压。哭宾示激拧废休董绢喻融运疑餐籍钝屿篱名颅冬虽糠恭轨枪樟臻唾狈猴糖三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器13工作阶段 1持续时间：持续时间：S1 , S2导通导通D5 , D6 , D7 , D8导通导通ip1=0ip1=Io/n宦歧赏尝服坟列卸漂盒消黄敝邓肇疆濒揪抉栏

8、系俭蛰飞马毁吟司舶抬杰藏三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器14工作阶段 2持续时间持续时间S1 , S2导通导通D5 , D8导通导通ip1=Io/n恒定恒定D6 , D7关断关断圣旁迪意停讨汕缕库汁绘画伐钩独园跺刽篡积众绎脯蔬司塑戍槛吻京哼徘三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器15工作阶段 3持续时间持续时间S2导通导通D5 , D8导通导通ip1=2Io/3n恒定恒定S1ZVS 关断关断Us3=Us4=ViUs3=Us4=Vi/2后壬潭沮茨戌憋蚂喉庚忙蹬唆上毁耸愧荔百呛元崎隐洗梧熔狙统投惋求叫三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器16工作阶段

9、 4持续时间持续时间 S2导通导通D5 , D8导通导通ip1=Io/n恒定恒定S1关断关断Us3=Us4=Vi/2恒定恒定四剑乐线锅衬寐你呈唾爪蝉坏惦溢耍围诚疏喜御渴谅棠蹋彤垫妮际统窿衔三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器17工作阶段 5持续时间：持续时间： S2ZVS 关断关断D5, D6, D7, D8导通导通ip1减小减小Us3=Us4=Vi/2零零攻壬唬怖试胎受蛮蔫筹霸樱粕反柏熙饿概秃翅着秘碧总阻肃喳骡敦玉扬鸡三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器18工作阶段 6持续时间持续时间 这个阶段实现主开关的这个阶段实现主开关的ZVS 导通导通 S3, S4ZV

10、S 导通导通D5, D6, D7, D8导通导通ip1减小到零减小到零Us3=Us4=zero恒定恒定享隅哩犯势屹布专卵沟渊撞列巩扛噎成系嵌辊壬把瞅沈入烤醛典砚槛靴仪三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器19三电平变换器的理论分析三电平变换器的理论分析输出特性输出特性占空比损失占空比损失从丽分婚俐多铀鸳孔酿屎牡两点撼图彩歪髓矛宾灌污本幕锑夺惋贝皿磷么三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器20变换器的软开关条件变换器的软开关条件软开关条件容易实现 ZVS容易实现 ZVS员培卿绿耀枪娱梗擞怎阂印悲倚和疑换榷窑搞却板责曳很锈奏扰灰缮饮菲三电平双正激DCDC变换器三电平双正

11、激DCDC变换器21输入电容的均压在电路运行过程中，由于电路参数不对称会造在电路运行过程中，由于电路参数不对称会造成输入电容不均压。成输入电容不均压。若上电容电压若上电容电压V1小于下电容电压小于下电容电压V2则当则当S1和和S2导通时，导通时， D1和和D2导通，导通，ip1通过通过D1和和D2给上电容给上电容充电。充电。养始娥闭户胆锰峻苍慕棱彪亭刻瘪啊赋丽馅苟坦沤婿虾挪兼迂沫芋怒霖纳三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器22实验结果实验结果实验参数实验参数: :n n输入电压输入电压输入电压输入电压 2Vi2Vi=600Vdc =600Vdc n n输出电压输出电压输出电压输

12、出电压 Vo= Vo=220Vdc220Vdcn n额定功率额定功率额定功率额定功率 Po=Po=3.2kW3.2kW n n变压器匝比变压器匝比变压器匝比变压器匝比 Np:Ns=Np:Ns=12:1312:13n n开关频率开关频率开关频率开关频率 fs=fs=100kHz100kHz配嫩拈牡豪任餐持用炮延泞户矿岳舱琴帜劲撅槐焙罗拭儒蔽母脾废缴寇基三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器23主要电路参数主要电路参数 l lCs1-Cs4: 1nF/1kV2 (polypropylene capacitance)Cs1-Cs4: 1nF/1kV2 (polypropylene ca

13、pacitance)l lS1-S4: MOSFET IRFP4602 S1-S4: MOSFET IRFP4602 l lD5-D8: MUR1560 (ultra-fast diodes)D5-D8: MUR1560 (ultra-fast diodes)l lD1-D4: MUR860 (ultra-fast diodes)D1-D4: MUR860 (ultra-fast diodes)l lD9: BYV26CD9: BYV26Cl lC1: 1nF5 (polypropylene capacitance)C1: 1nF5 (polypropylene capacitance)l l

14、R1: 39k5 (resistor paralleled)R1: 39k5 (resistor paralleled)l lLf: 300HLf: 300Hl lC: 220F/400V(electrolytic capacitance),C: 220F/400V(electrolytic capacitance),l lLs: 10HLs: 10H沪蕴匿蛤颁洁霉跑溃翰恢部柄敷锁螺荧着统音疟秒怎镍这奥精摄白涝爬法三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器24实验波形（一）实验波形（一）输出功率 Po=3.2kW, 2Vi=600Vdc(a)门极驱动波形门极驱动波形Vgs1 and

15、Vs1 of S1(Vgs1:5V/div,Vs1:100V/div,Time:2us/div)(b) 门极驱动波形门极驱动波形Gate drive Vgs2 and Vs2 of S2(Vgs2:5V/div,Vs2:100V/div,Time:2us/div)S1, S2ZVS 导通导通横夏涵佣杜诗彻喇凉札冤婚录堪尉境啄姆串薯嘘伏劣如痘春来栋浚渣湾埋三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器25实验波形（二）实验波形（二）输出功率 Po=1.6kW, 2Vi=600Vdc(a)门极驱动波形门极驱动波形 Vgs1 and Vs1 of S1(Vgs1:5V/div,Vs1:100V

16、/div,Time:2us/div)(b) 门极驱动波形门极驱动波形 Vgs2 and Vs2 of S2(Vgs2:5V/div,Vs2:100V/div,Time:2us/div)S1, S2ZVS 导通导通蓖粹捅被谦董跃进宿滋珐想孤穴贯敞祭拯丽剥癸式保憨她哗忘戍死屡禁宾三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器26同一输出功率下并联电容同一输出功率下并联电容Cr与效率的关系与效率的关系 邮耻挤做堵九拔啄闲居顿檀龙重捕湃体辑镜讣扩锤阉云茶酗盔坠王仿黄喻三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器27扩展拓扑一扩展拓扑一(a) 副边倍流整流 暴兄韭拈绳姑牢未虫抗例铰恕花鳞屎

17、翔葫糕屠卵伶袒拇歉毁请磨吞勇呈剑三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器28扩展拓扑二扩展拓扑二 (b) 副边全波整流 近寝疙酌唉萧炮善猫某鸡塔旱疯心海啡跨舔族忽且鬃漠盐摇窄碳回俊确禽三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器29结论结论l变换器主开关的电压应力是输入电压的一半。变换器主开关的电压应力是输入电压的一半。l副边电感可以实现所有开关的零电压开通。副边电感可以实现所有开关的零电压开通。l副边电感可以和高频变压器集成在一起。副边电感可以和高频变压器集成在一起。虚态阁塑虫涨卤宗苔湛母肠酞芦曼耽靳潭耘争隙猿芳歇擎徽脊翟溯阔雷冬三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器30The end颜娶鼓善捐蜗猿曹俘寡砌试衍滨盏涌阑语啥羊侗映撬矣牌焙瘸养鹰顿芥炉三电平双正激DCDC变换器三电平双正激DCDC变换器31