文档介绍：大功率软开关移相全桥变换器的研究
鞠志忠任稷林童可明
(空军雷达学院武汉 430019)
摘要:为了解决移相全桥变换器的占空比丢失严重和开关管电压应力增大的问题,提出适用于大功率移相全桥变换器的主电路拓扑,进行了原理分析,完成了1000A大功率直流稳压电源的设计。
关键词:大功率;软开关;DC/DC变换器;起动电源
文献[1][2]提出的移相ZVS PWM DC/DC全桥变换器的主要缺陷是占空比丢失严重;文献[1][3]提出的移相ZCZVS PWM DC/DC全桥变换器的主要缺陷[1][3]是滞后桥臂开关管的电压应力增大,这都不适用于大功率冲击负载和飞机、自行火炮、坦克、导弹等武器装备的起动电源。本文提出了适用于大功率冲击负载的一种移相全桥变换器的电路拓扑,分析工作原理。完成了1000A直流稳压电源的设计,给出了实验结果。
1 一种大功率移相全桥变换器
大功率变压器副边串联移相DC/DC全桥变换器的电路拓扑如图1所示。Cb是阻断电容,Lr是上逆变器的漏感。Ql~Q4的控制方式为移相控制方式,称Ql和Q3组成的桥臂为超前桥臂,Q2和Q4组成的桥臂则为滞后桥臂。下逆变器与上逆变器完全一样。
图2给出了该全桥变换器的主要波形。假设:Cl=C3=C2=C4=Cr、Lf》Lr/K2,K是变压器原、副边匝比。在一个开关周期中,有12种开关模态,各开关模态分析如下:
[t0时刻]
在t0时刻,Ql和Q4导通。原边电流ip流经Ql、阻断电容Cb、变压器T原边绕组N1、漏感Lr以及Q4。整流管DRl导通,DR2截止,原边给负载供电。原边电流ip给阻断电容Cb充电。输出滤波电感Lf足够大,可以将它看成一个电流源。此时,原边电流为,I0是输出负载电流。阻断电容Cb电压为。
图2 大功率变压器副边串联PWM DC/DC变换器的主要波形
[t0,t1]
在t0时刻关断Ql,ip从Ql中转移到C3和Cl中,给Cl充电,同时C3被放电。在这个时段里,漏感Lr和滤波电感Lf是串联的,而且Lf很大,可以认为ip近似不变,类似于一个恒流源,其大小为。原边电流ip继续给阻断电容Cb充电。Cl的电压从零开始线性上升,C3的电压从Vin开始线性下降,因此Ql是零电压关断。
(1)
(2)
(3)
在t1时刻,C3的电压下降到零,Q3的反并二极管D3自然导通,从而结束开关模态1。该模态的持续时间为:
(4)
在t1时刻,阻断电容Cb上的电压为:
(5)
[t1,t2]
D3导通后,在t1ˊ时刻,开通Q3,Q3是零电压开通。Q3与Q1驱动信号之间的死区时间td(lead)>t01,即
(6)
在这段时间里,D3和Q4导通,A、B两点电压等于零。此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容电压,原边电流开始减小,同时变压器原边电压极性改变,副边感应电势成为下正上负。变压器副边两个整流二极管DRl和DR2同时导通,因此变压器原、副边绕组电压均为零。在这个时段里,虽然滤波电感Lf短路,但是由于漏感还是较大,所以原边电流稍微减小,阻断电容电压上升。因此。可认为在这个开关模态中,原边电流基本不变,阻断电容