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