拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
在這里我們以最基礎(chǔ)的PWM ZVS型的DC-DC變換器為例子,進行解讀。該種變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示。在下圖中我們可以看到,該種轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)與普通雙極性PWM變換器類似,都是由T1和T2組成超前橋臂,T3與T4組成滯后橋臂。C1—C4分別是T1—T4的諧振電容,包括寄生電容和外接電容。Lr是諧振電感,包括變壓器的漏感。T1和T2分別超前T4和T3一個相位,即移相角,通過調(diào)節(jié)移相角的大小,調(diào)節(jié)輸出電壓。D5、D6是整流二極管,Lf、Cf構(gòu)成二階濾波器(Lf足夠大,If近似恒定)
在了解了這種轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基本電路構(gòu)成情況后,我們再來看一下移相全橋PWM ZVS變換器的工作周期和主要工作波形。該種轉(zhuǎn)換器的主要工作波形如下圖所示:
從上圖的主要工作波形中我們可以比較清晰的看到,在該轉(zhuǎn)換器正常工作的前提下,半個開關(guān)周期內(nèi)電路工作過程分為六個階段,圖中tδ為移相角、td為死區(qū),ip為變壓器原邊電流。
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工作階段
移相全橋PWM ZVS DC-DC變換器具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對簡單、功耗小、效率高等特點,在應(yīng)用中尤其受到工業(yè)制造領(lǐng)域和光伏變電系統(tǒng)的歡迎。該種類型的變換器在日常的運行過程中,由于受到其工作原理和結(jié)構(gòu)影響,具有六個不同的工作階段。
在進行該類型轉(zhuǎn)換器的六個工作階段分析之前,我們先來看一下這種移相全橋結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換器工作波形,其波形如下圖所示:
移相全橋轉(zhuǎn)換器的第一個工作階段是在t0時刻關(guān)斷T1,電流ip從T1轉(zhuǎn)移到C1和C2支路中,給C1充電,同時C2被放電。這是一個完整的工作階段。在此期間,諧振電感Lr和濾波電感Lf是串聯(lián)的,而且Lf很大,可以認(rèn)為ip近似不變,類似于一個恒流源。電容C1的電壓從零開始線性上升,電容C2的電壓從Vin開始線性下降,在t1時刻,C2的電壓下降到零,T2的反并二極管D2自然導(dǎo)通,將T2的電壓箝在零電位。
在轉(zhuǎn)換器的第二工作階段中,從波形圖中我們可以比較清楚的看到,t1時刻T2的電壓已被箝在零電位,T4導(dǎo)通。在這一階段里VAB=0,此后ip將經(jīng)T4,D2和Lr續(xù)流,ip減小,其感應(yīng)電壓使變壓器副方二極管D5導(dǎo)通,續(xù)流If。在此續(xù)流階段,D2導(dǎo)通,只要滿足t01=t1-t0即可。
移相全橋轉(zhuǎn)換器的第三工作階段是在t2時刻,關(guān)斷T4,原邊電流ip轉(zhuǎn)移到C3和C4中,一方面抽走C3上的電荷,Vc3從Vin下降。另一方面同時又給C4充電,Vc4從零逐漸上升,T4軟關(guān)斷。在此工作階段內(nèi),變壓器副邊二極管D6導(dǎo)通。由于濾波電感電流If近似為恒流,此時變壓器副邊整流二極管D5、D6之間進行換流,由于D5、D6同時導(dǎo)通,變壓器副邊被短路。
接下來進入到該轉(zhuǎn)換器的第四個工作階段。通過其工作波形圖我們可以看到,在t3時刻,C4電壓充至Vin,C3電壓放為零,二極管D3自然導(dǎo)通Vc3=0。在第四個工作階段中,只要t23=t3-t2。
在移相全橋轉(zhuǎn)換器的第五個工作階段中,從上圖的波形走向中我們可以比較清楚的看到,t4時刻ip過零反向增加,由于ID6仍然不足以提供If,故D5、D6仍然同時導(dǎo)通,副邊電壓為零。
在該種類型的DC-DC變換器第六工作階段中,通過波形圖可以看到,由于t5時刻變壓器原邊電流ip增加至If/K(K為變壓器變比),故而D5、D6換流過程結(jié)束,If由二極管D6單獨提供。t6時刻T2關(guān)斷。后半個周期與前半個周期工作情況類似。
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