移相全桥软开关变换器拓扑分析.doc

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2005年12月重庆大学学报(自然科学版
Dec.2005第28卷第12期JournalofChongqingUniversity(NõturõlScienceEditionVo.l28No.12
文章编号:1000-582X(200512-0027-05
移相全桥软开关变换器拓扑分析
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陈柬,陆治国
(重庆大学电气工程学院,重庆400030
摘要:移相全桥软开关变换器从基本的移相全桥(FB零电压(ZVS脉宽调制(PWM变换器,发展到移相全桥零电压零电流(ZVZCSPWM变换器,及移相全桥零电流(ZCSPWM变换器,进而又产生一系列其它新型的移相全桥电路,构成了这一类很具有发展和应用前景的变换器.比较分析了上述3类主要的移相全桥软开关变换器的拓扑结构、工作特点和各自的优缺点.改进的FB-ZVS-PWM变换器扩大了滞后臂ZVS负载范围.FB-ZVZCS-PWM变换器解决了滞后臂软开关负载范围问题,滞后臂较适合用绝缘栅极双极型晶体管(IGBT.FB-ZCS-PWM变换器可以实现各个功率管的ZCS,更适合大功率场合.
关键词:移相;零电压开关;零电流开关;零电压零电流开关;变换器中图分类号:TM910.1
文献标识码:A
移相PWM控制方式是近年来在全桥变换电路中广泛应用的一种软开关控制方式.这种控制方式实际上是谐振变换技术与常规PWM变换技术的结合.移相全桥软开关电路有效降低了电路的开关损耗和开关噪声,减少了器件开关过程中产生的电磁干扰,为变换器装置提高开关频率和效率降低尺寸及重量提供了良好的条件.同时,还保持了常规的全桥PWM电路中拓扑结构简洁,控制方式简单,开关频率恒定,元器件的电压和电流应力小等一系列优点.
1移相FB-ZVS-PWM变换器

1.1基本的移相FB-ZVS-PWM变换器
移相全桥零电压PWM软开关的实际电路如图1所示
[1-3]
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图1基本的移相FB-ZVS-PWM变换器
图2是Q1~Q4的开关控制波形.与常规的全桥PWM相比,移相式FB-ZVS-PWM变换器具有明显的优势.利用变压器漏感和开关管的结电容谐振
,在不增加额外元器件的情况下,通过移相控制方式,实现了功率开关管的零电压导通与关断,减小了开关损耗,降低了开关噪声,提高了效率,减小整机的体积与重量.其主要缺点为:滞后臂开关管在轻载下将失去零电压开关功能;原边有较大环流,增加了系统的通态损耗;存在占空比丢失现象
[3-8]
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图2开关控制波形
1.2串联饱和电感的改进拓扑
在变压器初级串联饱和电感Lr的方案中
[9]
,利用
Lr的临界饱和电流特性及储能,来扩大ZVS的负载范围,提高轻载时的输出效率.与图1所示变换器相比,
它具有明显的优势:有效扩大了零电压开关负载范围,
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收稿日期:2005-08-10
作者简介:陈柬(1981-,女,河南南阳人,重庆大学硕士,主要从事电力电子与电力传动方向的研究.
保持了最小的环流能量,减小了导通损耗;减小占空比丢失;改善了输出电压调节特性;减小了副边整流二极管结电容的寄生振荡.
1.3输出滤波电感参与谐振的改进拓扑
这种电路在滞后臂开关管进行状态转换的短暂期间,使副边整流二极管不能同时导通,则输出滤波电感可被用来参与谐振.与基本的移相式FB-ZVS-PWM变换器相比
[9]
,它具有如下特点:输出滤波电感具有
很大的数值,可以存储很大的磁场能量,从而大大扩展滞后臂开关管零电压开关负载范围;减小占空比丢失;输出电压可以通过变压器副边调节,原边保持恒定的占空比,从而可以加快系统的动态响应,简化了控制电路,无需考虑原副边的隔离;饱和电感使副边整流二极管结电容的寄生振荡可忽略不计,副边可以不考虑缓冲器的设计.
1.4有源钳位型改进拓扑
针对高压大功率场合整流管的寄生电容与变压器漏感相互作用会导致整流管输出电压产生过冲及振荡现象的问题,常用的抑制方法有整流管两端并联阻容吸收回路,采用无源钳位吸收电路,或使用低漏感变压器及谐振电感等,存在的问题是吸收电路损耗大、影响效率,或者能抑制电压过冲但无法完全消除振荡现象.文献[9]提出一种在整流管输出端并联有源钳位吸收电路的方法,不仅能有效抑制整流管电压过冲和振荡现象,而且钳位回路本身损耗很小,变换器具有较高效率.
1.5增加辅助电路的改进拓扑
这种电路的基本方法是,给滞后臂并联一个辅助谐振电路,利用辅助电路中的电感帮助漏感实现滞后臂开关管的ZVS.此种方法在三相电压型逆变器设计中是最常用的软开关手段之一.1.6其它改进拓扑
将一个续流二极管增加到输出端,并且在原边增加由电阻、电容组成的吸收电路
[10]
,如图3所示.在变
换器的钳位续流期,大部分电流经过外加续流二极管,降低了