移相全桥ZVS及ZVZCS拓扑结构分析.pdf

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移相全桥ZVS及ZVZCS拓扑结构分析pdf,移相全桥ZVS及ZVZCS拓扑结构分析
23副边RCD钳位电路拓扑 图2及其改进拓扑者是在原边加钳位二极管。另一种方法是在副边加钳位电路。图3 就是改进的边RCD钳位电路拓扑向,该电路能有效抑制副边管的电压过冲,同时导通 损耗也较低,主要缺点是吸收电路损耗大,降低了变换器的效率。 1△ Vi Lr e4 D D4 D6 图3副边RCD钳位电路拓扑 2.4加辅助谐振网络电路拓扑 为了能使全桥变换电路能够工作在更大的负载范围。文献中提给出了一种新颖的变 换器拓扑(如图4) C5 / D5 L I In LIk 04 DI TR VI RId D2 图4加辅助谐振网络的电路拓扑 在Ⅰ图的基础上加入一个辅助谐振网络,该文献提出了电流增强原理,其拓扑具有以 下特点:在任意负载和输入电压范围内实现零电压开关凸空比丢失减小到近似接近于03 电路的电感、电容、二极管的电流、电压应力很小,且与负载无关 25一种新型的ZS变换器拓扑及其派生电路 在文献中提出一种新型的变换器拓扑及其派生电路。该文献根据文义全桥变频电路 (如图5) VT1\ V3\ Vin PR VT2 C2 TB C4 图5广义的全桥变频电路 提出了一种解决耙能储备与辅助电路能量之间犭盾的方法,并给岀了其派生电路(如 图6) VT1 /\VD1 V3 C5 V2 VT4 AVD4TC4 图6输出B为受控时的派生电路 该电路能在宽负载范围和输入电压范围內实现ZⅴS,实觋ZVS条件所需能量不仅取 决于输入电压而且取决于负载,使电路在空载吋也有较大能量实现ZVS。但该拓扑引入了 辅助电源,电路复杂程度有所增加。 3. ZVZCS典型拓扑 以上电路采用的电源开关器件一般都选择功率 MOSFET,而 MOSFET的导通损耗较 大。若采用IGBT作为开关器件,可减小开关损耗,但同时IGBT有关断拖尾电流,为降 低关断拖尾电流带来的关断损耗,就必须在开关管上并联大的吸收电容,这样,将导致滞 后臂难以实觋零电压廾关,即降低软廾关的适用范围,为了保沚超前桥臂臂软廾关負载适 应氾围不变,大的并联电谷必将增大桥臂开关管之间的死区电压,从而减小拓扑上作的最 大占空比,因此适应GB应用的零电压,零电流( ZVZCS PWM)变换器随之发展起来。 ZVZCS的典型拓扑有如下几种。 3.1原边串联饱和电感拓扑 V1 AVD1 VT3 Vin Bleak VD2 R 图7原边串联饱和电感拓扑 如图7所示,变换器拓扑的特点是在原边串联饱和电感,当阻断电容上的电压使原边 电沇复位到零以后,饱和电感退出饱和,它在小段吋间内将电沇钳在零位,使滞后桥臂 开关实现零电流关断但是饱和电感工作在正、负饱和值之间,而且频率很高,使得饱和电 感的损耗较大。在低输入电压时会引起较为严重的副边占空比丢失。的 32副边加有源钳位电路 VDri-c1 Vin D2—c2 VD4 Cb 图8副边加有源钳位电路 在图8中,该拓扑的变压器副边采用有源箱位方式,在原边续流阶段,副边开关管开 通,将钳位电压反射到原边,使原边电流下降到0。提供零电流条件,该电路能在较大范 围内实现零电压,零电流开关,丢失的占空比较小,但同时副边开关管工作在硬开关状态, 降低了输出效率 33副边加无源钳位电路 VTl ANVL /D3 VT2 /ND2 VT4 k 本vD7 VD6 图9副边加无源钳位电路之 V1 V3 ID3 V2 D之 ZSVD4 △vD9 Id 图10副边加无源钳位电路之二 在图9中,副边采用能量恢复缓冲。在零状态时,VAB存储在阻断电容上能量传送给 负载。该拓扑副边无有源开关,从而降低了变换器的成木和搾制的复杂性,同时该电跻也 有较明显的缺点;零状态时,阻断电容放电,滞后臂开通后,由于对陧断电容的充电,原 边会产生较大的电流尖峰;超前桥膏较难开通。图10原边电流的复位方式与图9相似, 副边相对复杂。 3.4原边串联二极管电路拓扑 图11原边串联二极管电路拓扌 在图11中的变换器引入了两个串联二极管。该变换器的阻断电容串联在负载中而不是 并联在负载中。当超前桥臂开通时,不会生过大的电流尖峰。在超前桥臂的开关死区时 间内,储存在漏感和输岀滤波电感的能量使超前桥臂容易实现ZvsS,可在任意负载范围实 现滞后臂的ZCS。但该变换器原边侧的通态损耗有所增加,且串联的极管在关断时还会 有一定的反向恢复电流,引起高频振荡。 3.5副边加耦合电感电路 D1 C1 F 4D3 Ld1 VI3 Cd< Rd D7 T 本D4 VT2 D2 C2 VT4 图12副边加耦合电感电路 在图12中,变压譽辅助电路位于二次侧,绕组Ldl与Ld2耦合,当超前桥臂关断时 Ld1续流,Ld2两端电压极性变产生变化。当副边电压卜降到一定程度,VD导通。Ld2参 与续流,此时,感应电势反射到原边构成反冋阻断电压源使原边电流讠迅速下降至零,实 现ZCS。该电路结构相对简单,具有较好的通用性。[l2]。 4.结语 全桥移相电路发展到现在,出现了众多的电路拓扑,拓扑的改进主要基于占空比, 次侧尖峰电流、负载的适应范围及变换器效率几个方面。随着拓扑的进一步优化,许多问 题都得到了解决,但各个拓扑也各自存在不足之处。在实际使用的过程中要综合考虑各方 面因素。针对侧重点的不同,选取合适的电路拓扑 参考文献 [1]W Chen, F.C. Lee, etal. A comparative study of a class of full bridge Zero-voltage-switched PWM converter [IEEE893899,1995 [2]Eun-soo Kim, ctal. An improved zvzcs pwm FB DC/DC converter using cncrgy rccovcry snubber[J]. IEEE 1014-1018,1997 [3]张占松,蔡宣三,《开关电源的原理与设计》[M,北烹电子工业出版社,2004.6。 14]Redl R, Sokal NO, Balogh L A Novel soft -switching Full-bridge Dc/Dc converter: Analysis Design Consideradions at 1.5kw 100HZ. IEEE Trans on Power Electronics[J]. IEEE 408-418, 1991 [5]刘福鑫,阮新波加钳位二极管的零电压全桥变换器的改进硏究[电力系统自动化第17期2003:6469 [6JEun-soo kim, Kee-Yeon Toe, etal.An improved soft switching PWM FB Dc/Dc converter for Reducing Conduction LoSscs[J]. IEEE 65 1996 [η]阮新波,严仰光采用辅助谐振网络实现零电压开关的移相控制全桥变换器电工技术学报第13卷第2 期,1998:47-52 [8]周令琛,洪晓鸡.一种新的软开关zVS变换器及其派生电路[J电丿电子技术第40卷第5期 2006:62-64. 99Cho Tung-Gioo. Zero-Voltage and Zero-Current-Switching Full-Bridge PWM Converter Using Secondary Active clamp[J]. IEEE 657-663, 1998 10J.G.Cho,J.ASabate, J.C. Hua, and F C. Lee Zero-voltage and Zero-current-switching full-bridge PWM converter for high powcr application IEEE 102-108, 1994 [11阮新波,严仰光直流开关电源的软开关技术[M,科学出版社,200,1 [12 Serguei Moisseev. Feasibility Study of High Frequency step-up transformer linked soft-switching PWM DC/DC converter with tapped inductor filter[J]. IEEE 1673-1678.,2003 Analysis of Zero-Voltage and Zero-Current-Switching Full-Bridge DC/DC Converter Lu Xiongfe huhai university, Nanjing(210098) Some typical topology lo realize Ze Switching Full-Bridge PWMare summurized. Their main feature and character are compared and analyzed. Keywords: Converter; PWM; ZVS: ZVZCs

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