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ZVT-PWM移相軟開關(guān)通信基礎(chǔ)--電源模塊的設(shè)計

作者: 時間:2011-02-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:簡單介紹變換電路的原理及特點,研究采用移相全橋變換電路的方法,并給出整流實例及試驗結(jié)果。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/156723.htm

關(guān)鍵詞:開關(guān)脈寬調(diào)制移相全橋軟開關(guān)IGBT

Design on the Communication Basic Power Supplies Module Controlled

by Phase Shifted- type ZVT- Soft- switch Technique

Abstract:This paper analyses the principle and characteristic of the ZVT soft- switch type converter.The design method on the ZVT soft- switch type power supplies is researched.As a example,the switch- type power supplies used in communication and it's test result are given.

Keywords:Switch- type power supplies PWM Phase shifted full bridge ZVT- soft- switch Communication power supplies IGBT

1引言

  隨著電力電子器件從晶閘管(SCR)到大功率晶體管(GTR),再發(fā)展到VMOSFET和IGBT等,功率變換技術(shù)也經(jīng)歷了從負載諧振變換到硬開關(guān)PWM,再到雙零開關(guān)和雙零變換的發(fā)展過程。雙零變換技術(shù)包括零電壓變換(ZVT)和零電流變換(ZCT)兩種,它們的基本工作原理是采用輔助開關(guān)管與諧振電路共同配合主開關(guān)管工作,使其分別實現(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS)或零電流開關(guān)(ZCS),是真正意義上的定頻軟開關(guān)PWM變換,具有定頻PWM變換和軟開關(guān)變換的共同優(yōu)點,所以雙零變換技術(shù)是功率變換技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。

2移相全橋ZVT軟開關(guān)變換技術(shù)

  雙零變換技術(shù)中,ZVT變換技術(shù)應(yīng)用比較普遍,主要用于高頻有源PFC和DC/DC變換電路。ZVT變換的基本工作原理是輔助開關(guān)管與諧振電路共同工作,使主開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開關(guān)。

  ZVT變換技術(shù)的主要優(yōu)點有:

 ?。?)定頻PWM變換,與以調(diào)頻形式工作的ZVS變換相比,變壓器和濾波電抗器的比較容易,利用率也比較高;

  (2)在主開關(guān)管開通和關(guān)斷的過程中,采用部分諧振技術(shù),實現(xiàn)軟開關(guān)變換,大大降低了開關(guān)損耗,提高了工作效率;

 ?。?)主開關(guān)管導(dǎo)通時流過的電流和關(guān)斷時承受的電壓與硬開關(guān)PWM變換相近,比雙零開關(guān)變換成本低,可靠性高;

 ?。?)軟開關(guān)變換,電磁干擾(EMI)小。

Zgj-1.gif (5382 字節(jié))

圖1移相全橋變換電路

  ZVT變換技術(shù)典型的應(yīng)用是移相控制的全橋式變換電路,其基本電路如圖1所示。

  VDA、VDB、VDC、VDD分別是開關(guān)管VA、VB、VC、VD(這里以IGBT為例)的等效反并聯(lián)體二極管;CA、CB、CC、CD分別是VA、VB、VC、VD的等效輸出電容(結(jié)電容);L1為一次側(cè)電路引線電感LX、變壓器一次側(cè)繞組漏感LL和外加電感L之和,即

Zgj-2.gif (4908 字節(jié))

圖2移相PWM控制波形

L1=LX+LL+L(1)

  開關(guān)管采用移相式PWM控制方式,控制波形見圖2。

  由此可見,移相全橋變換電路四個開關(guān)管既為主開關(guān)管,又互為輔助開關(guān)管,既不增加開關(guān)管數(shù)量,又吸收了分布參數(shù)作諧振電路參數(shù),實現(xiàn)零電壓轉(zhuǎn)換[1]。

3ZVT軟開關(guān)變換電路中的應(yīng)用設(shè)計

  移相全橋ZVT軟開關(guān)變換電路可以用于設(shè)計許多類型的開關(guān)電源變換裝置,設(shè)計方法和過程都是相似的。由于主電路確定為全橋式逆變電路,集成控制芯片一般選UCX875~79或者ML4148,所以最主要的設(shè)計內(nèi)容歸結(jié)為兩點:一是根據(jù)散熱平衡優(yōu)化設(shè)計ZVT軟開關(guān)變換諧振參數(shù),二是控制系統(tǒng)的環(huán)路設(shè)計。

3.1ZVT軟開關(guān)變換諧振參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計

  主電路諧振電感量L1是決定能否實現(xiàn)零電壓轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。L1太小,在負載較小時,雖然超前橋臂開關(guān)管比較容易實現(xiàn)ZVT,但是由于環(huán)流不能維持到滯后橋臂開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時刻,使滯后橋臂不能實現(xiàn)ZVT[1]。但是,L1過大,會限制最大占空比,并會降低功率因數(shù)。負載很輕時,電流不太大,即使是硬開關(guān)狀態(tài),開關(guān)損耗也不會太大。另外,開關(guān)管的通態(tài)損耗也隨電流的變化而變化,對于IGBT管,管壓降為UCES,應(yīng)按照滿載時設(shè)計散熱條件。因此,使滯后橋臂實現(xiàn)ZVT的最小負載電流優(yōu)化的原則應(yīng)該是:當電流下降到αIOE時,滯后橋臂上兩只開關(guān)管的開關(guān)損耗的增加量Pon-offr等于所有四只開關(guān)管的通態(tài)損耗的減少量PONf,不變的散熱條件,使得開關(guān)管的結(jié)溫仍然保持原來的水平,由文獻[2]可知,Pon-offr和PONf可以分別由式(2)和式(3)求出,所以α可以由式(4)求出:

Pon-offr=αIOEUd(ton+toff)fS(2)

PONf=4δ(1-α)IOEUCESat(3)(4)

式中:ton——IGBT的開通時間,toff——IGBT的關(guān)斷時間;fS——逆變電路的開關(guān)頻率;UCESat——IGBT的導(dǎo)通壓降。

  根據(jù)下式和式(1)可以求出外加電感量L:(Lm+L1)·(αIOE/n)2/2>(4CS/3+Ct/2)(5)

式中:Lm——變壓器一次側(cè)勵磁電感,n——變壓器變比,CS——開關(guān)管輸出電容;Ct——變壓器一次側(cè)繞組電容。

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