組合式雙管正激直流變壓器研究
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1引言
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/230884.htm隨著(zhù)大功率電力電子元器件的發(fā)展，通過(guò)電力電子變換技術(shù)實(shí)現電壓變換和能量傳遞的新型變壓器——直流變壓器得到了越來(lái)越多的關(guān)注。直流變壓器在接近l00％的占空比下工作，輸出省去了濾波電感，結構簡(jiǎn)單；采用開(kāi)環(huán)控制，易于實(shí)現軟開(kāi)關(guān)，提高功率密度。有些學(xué)者將其應用在頻率、電壓相同或不同的兩個(gè)或多個(gè)交流系統之間，實(shí)現隔離和能量傳輸[1]-[4]。也有學(xué)者將其應用在需要隔離而不需要調壓的直流應用場(chǎng)合[5]-[8]，以提高多級結構的電壓調整模塊供電系統的效率和功率密度。
本文提出了一種組合式雙管正激直流變壓器。該電路利用箝位二極管將開(kāi)關(guān)管的電壓應力箝位在輸入電壓，并利用變壓器原邊串聯(lián)電感（包括變壓器漏感）和開(kāi)關(guān)管的結電容諧振實(shí)現了開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）。同時(shí)，利用輸出濾波電容的箝位作用，限制了副邊整流二極管的電壓尖峰。文中詳細分析了變壓器的工作原理，并討論了變壓器的輸出特性、零電壓開(kāi)通條件。最后在原理樣機上進(jìn)行實(shí)驗驗證。
2電路拓撲與工作原理
組合式雙管正激直流變壓器主電路拓撲如圖1所示，包括輸入電源Uin、功率開(kāi)關(guān)管（S1、S2、S3、S4）、兩個(gè)原邊箝位二極管D1和D2、串聯(lián)電感Lr1和Lr2（包括變壓器漏感）、功率變壓器T（Np1、Np2、Ns1、Ns2組成）、副邊整流電路（D3和D4）和輸出濾波電容（Cout）組成。其電路結構有如下特點(diǎn)：(1)由兩路雙管正激變換器原邊并聯(lián)而成，并且兩路雙管正激變換器在原邊共用兩個(gè)箝位二極管D1和D2；(2)變壓器T采用磁集成技術(shù)，由Np1、Np2、Ns1、Ns2組成；(3)輸出不含濾波電感。
圖1新型直流變壓器原理圖
圖2主要波形圖
為了分析其工作狀態(tài)，作如下假設：
(1)變換器工作已經(jīng)達到穩態(tài)；
(2)S1、S2、S3和S4由理想開(kāi)關(guān)、寄生二極管和電容構成，容值C1=C2=C3=C4=Cs；Cd3、Cd4分別為D3、D4的寄生電容，且有Cd3=Cd4=Cd；
(3)Lr1、Lr2為變壓器原邊串聯(lián)電感，包含變壓器兩個(gè)原邊的漏感，且有Lr1=Lr2=Lr；
(4)變壓器T滿(mǎn)足：Np1=Np2，Ns1=Ns2，且有匝比Np1/Ns1=n。
該直流變壓器在半個(gè)周期內有五個(gè)工作模態(tài)，主要波形如圖2所示，每個(gè)工作模態(tài)對應的等效電路如圖3所示。
2.1工作模態(tài)1[t0，t1]
等效電路如圖3(a)所示。在t0時(shí)刻以前，S3、S4關(guān)斷，S1、S2開(kāi)通，副邊整流管D3導通，輸入電源通過(guò)變壓器原邊Np1向副邊傳遞能量。t0時(shí)刻，開(kāi)關(guān)S1、S2關(guān)斷，此后，電感Lr1、Lr2與開(kāi)關(guān)寄生電容一起諧振。當S1、S2兩端電壓上升至Uin，S3、S4兩端電壓下降為零時(shí)，該模態(tài)結束。在該模態(tài)中，原邊電感電流為：
上述四式中，
為諧振角頻率，
為諧振特征阻抗。Ip為原邊電流iNp1在t0時(shí)刻的值。
2.2工作模態(tài)2[t1,t2]
等效電路如圖3(b)所示。在t1時(shí)刻，開(kāi)關(guān)S3、S4的寄生二極管導通，電感Lr1電流iLr1和電感Lr2電流iLr2在輸入電壓和副邊折算到原邊的電壓共同作用下，分別線(xiàn)性下降和上升。該模態(tài)中，開(kāi)關(guān)兩端電壓保持不變。在該模態(tài)中
2.3工作模態(tài)3[t2，t3]
等效電路如圖3(b)所示。在t2時(shí)刻，開(kāi)關(guān)S3、S4導通，由于開(kāi)關(guān)S3、S4的寄生二極管導通，開(kāi)關(guān)為ZVS開(kāi)通。電感Lr1電流iLr1和電感Lr2電流iLr2在輸入電壓和副邊折算到原邊的電壓共同作用下，分別線(xiàn)性下降和上升。當兩電感電流相等時(shí)，開(kāi)關(guān)S3、S4的寄生二極管截止，相應的副邊Ns1電流減小到零，副邊整流二極管D3截止，該模態(tài)結束。在該模態(tài)中，漏感電流分別為：
2.4工作模態(tài)4[t3，t4]
等效電路如圖3(c)所示。在t3時(shí)刻副邊整流二極管D3截止，變壓器副邊電壓開(kāi)始反向。該過(guò)程中電感Lr（原邊電感Lr1、Lr2折算到副邊的電感值）與副邊整流二極管的寄生電容諧振工作，Cd4放電、Cd3充電。當副邊電壓為-Uo時(shí)，該模態(tài)結束。在該模態(tài)中
上述三式中，
為諧振角頻率，
為諧振特征阻抗。Is為副邊電流iNs2在t4時(shí)刻的值。
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