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采用变压器次级辅助绕组的软开关PWM三电平变换器
[发布时间]:2011年11月9日 [来源]:互联网 [点击率]:6756
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模式7(t6~t7)    t6时刻初级电流完全复位,整流电压vrec(t6)=Vβ。然后整流二极管D7关断,Ch提供全部负载电流,整流电压迅速下降,简化等效电路如图3(c)所示。此模式下的整流电压按式(11)线性下降。 

vrec(t)=Vβ-t    (11) 

模式8(t7~t8)    t7时刻Ch放电完毕,然后整流二极管D7,D8同时导通,均分负载电流。 

模式9(t8~t9)    t8时刻关断S2,此时ip=0,因此S2是零电流关断,以后是S2与S3的死区时间。t9时刻开通S3,由于Lk的存在,ip不能突变,所以S3是零电流开通,电路工作进入另半个周期,其工作情况类似于前面的描述。从以上工作模式分析可以看出,这种变换器可以获得很好的ZVZCS软开关效果,并减小了占空比丢失。
2.2    ZVZCS软开关效果

2.2.1    超前管的ZVS范围 

超前管并联的电容首先利用输出滤波电感的能量充电/放电(模式4),然后通过漏感储能充电/放电(模式5),因此易于实现ZVS,但在负载很轻时,超前管的ZVS会受到限制。在模式4最后时刻的初级电压等于维持电容电压折算到初级的峰值,初级电流ip=Ion,从能量关系来看,若要实现ZVS,则漏感储能要大于或等于维持电容储能,即
    Lk(Ion)2(C3+C4) Io(12) 式(12)决定了超前管的ZVS范围,从式中可以看出,超前管的ZVS是由变压器匝比,开关管并联电容,变压器漏感和输入电压共同决定的,当电路中的条件满足式(12)时,在任意负载条件下,超前管都可以实现ZVS。

2.2.2    滞后管的ZCS范围 

从前面的工作原理分析可知,初级电流由维持电容电压来复位。在轻负载下,维持电容不能完全放电,所以充电少,负载越轻,维护电容峰值电压越低。然而复位电流也随负载电流的减小而减小,滞后管的ZCS也能通过很低的维持电容电压获得,因此,滞后管的ZCS变化范围足够宽。

3    实验结果 

一个2.7kW的变换器验证了这些特性。输入为三相50Hz/380V,输出为直流27V/100A,变换器工作频率为20kHz。超微晶ONL-805020,N1=30,N2=5,N3=2,Lk=5μH,Ch=20μF,功率模块为2MBI50L-120X2。图4-图9为试验得到的波形。实验表明,该变换器可以在较轻负载下实现了软开关。

         

               图4 S1集电极电压与驱动波形
              Vin=600 V    10μs/div

         

             图5  S1与S2集电极电压波形
           Vin=600 V    10μs/div

       

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