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(多图) 双正激变换器软开关拓扑的分析与评价

2009年07月13日 ?? 收藏0

  2.6 桥臂互感型软开关双正激组合变换器

  文献[8]提出了一种桥臂互感型软开关双正激组合变换器如图6所示,将两个双正激变换器的串联组合,副边采用倍流整流电路,适用于高输入电压、低压大电流输出的场合。开关管承受的电压仅为输入直流电压的一半。利用耦合电感中储存的能量实现开的零电压开关,同时采用移相控制技术调节输出电压和实现软开关。由于采用了带两个原边绕组的变压器,所以能够使变压器磁芯工作在双象限和实现输入电容电压的自动均压。该电路的缺点是每个桥臂上的辅助电路增加了开关管的电流应力,电路的导通损耗比较大,辅助电路较复杂。

桥臂互感型软开关双正激组合变换器

图6 桥臂互感型软开关双正激组合变换器

  2.7 改进的桥臂互感型软开关双正激组合变换器

  文献[9]提出了一种改进的桥臂互感型软开关双正激组合变换器如图7所示,不仅具有图6电路所具有的优点,而且不需要采用图6电路所示的辅助电路。通过PWM控制开关管的导通和关断,利用偶合的谐振电感Lr1和Lr2实现开关管的零电压开通,但是软开关范围受一定的限制。由于输入电容的自动均压方式是通过原边电流流经开关管和变压器在两个电容之间相互传递能量实现的,因而会增加开关管的电流应力和导通损耗。而且副边整流二极管的电压应力较大,不适合应用在高输出电压场合。该变换器适用于高输入电压、低压大电流输出的大功率场合。

改进的桥臂互感型软开关双正激组合变换器

图7 改进的桥臂互感型软开关双正激组合变换器

  3. 应用有源辅助电路的有源软开关拓扑

  3.1 有源箝位软开关双正激变换器

  文献[10]提出了一种有源箝位软开关双正激变换器如图8所示。通过在变压器的原边并联一个由Sa、Ca、Da构成的有源箝位网络,不仅可以箝位开关管的电压,还可以实现开关管和辅管的零电压开通。同时变压器励磁电流双向流动,提高了变压器磁芯的利用率。电路工作于准方波模式,可以进行恒频PWM控制,电磁兼容性好。

有源箝位软开关双正激变换器

图8 有源箝位软开关双正激变换器

  3.2 一种新型的有源箝位双正激变换器

  为了减小变换器原边开关管和副边二极管的开关损耗和导通损耗,文献[11]提出了一种新型的有源箝位双正激变换器如图9所示,利用2个开关管Sa1、Sa2代替传统双正激电路原边的2个箝位二极管,同时加入一个箝位电容,实现主开关管和辅管的ZVS开通。该拓扑电路结构简洁,而且辅管Sa1、Sa2可以选用电压定额较低的开关管。该变换器适用于宽输入电压范围的中、低压场合,但是辅管的引入增加了电路控制的复杂性。

一种新型的有源箝位双正激变换器

图9 一种新型的有源箝位双正激变换器

  3.3 一种有源软开关双正激变换器

  文献[12]提出了一种有源软开关双正激变换器如图10所示。辅助谐振网络的辅管可以零电流开通,ZVS关断,同时实现主开关管S1的零电压零电流开通、零电压关断和S2的零电流开通。该拓扑的缺点辅助电路结构比较复杂,开关管S2是硬关断,而且存在容性开通损耗。

一种有源软开关双正激变换器

图10 一种有源软开关双正激变换器

  3.4 串联组合式ZVS双正激变换器

  图11所示电路[13]是由两个ZVS双正激变换器串联组成。它可以实现主开关管的零电压开通和辅管的零电流开通、零电压零电流关断。在主开关管开通前超前导通辅管Sa1(或Sa2),通过Lr1(或Lr2)和Cr1(或Cr2)谐振,使谐振电容上的电压达到Vin/2,然后开通主开关管。由于该电路采用了带两个原边的变压器,所以它能实现磁芯的双象限工作和输入电容的自动均压,适合应用在高电压输入的大功率场合。但是副边整流二极管的电压为两倍的副边电压,因而限制了变换器在高输出电压领域的应用。

  3.5 有源ZVT双正激变换器

  文献[14]提出了一种有源ZVT双正激变换器如图12所示。其基本原理与图4所示的无源ZVT电路一样,也是通过比开关结电容大得多的谐振电容Cr限制开关电压上升速度,从而实现开关ZVS关断。与图4不同的是,谐振回路与主回路完全分开,在谐振网络中增加了谐振开关Sa,谐振电流不从下管中流过,因此不增加变换器主开关管的电流应力。而且通过在S1、S2开通之前很短的时间内超前开通谐振开关Sa,能够实现S1、S2的零电压开通。该带电路的缺点是Sa零电流开关,但为容性开通,而且这种变换器增加了电路的复杂性。

有源ZVT双正激变换器

图12 有源ZVT双正激变换器

  3.6 ZVT交错并联双正激组合变换器

  文献[15]提出了一种ZVT交错并联双正激组合变换器,如图13所示,采用一套辅助电路实现整个组合变换器的主开关管的ZVS。辅助电路由两个开关管Sa1、Sa2、D5、D6有和谐振电容Cr组成,将变压器漏感和励磁电感作为谐振电感,减少了外加谐振电感带来的损耗。但是辅管是零电流开关,存在容性开通损耗。

ZVT交错并联双正激组合变换器

图13 ZVT交错并联双正激组合变换器

  3.7 ZCT双正激变换器

  文献[16]提出了ZCT双正激变换器,如图14所示,在每个开关管旁并联一个谐振回路,在主开关管关断之前开通谐振开关,通过谐振回路的谐振,将主开关管的电流转移到谐振回路中,从而实现主开关管的零电流关断,谐振开关在谐振电流过零时自然关断。ZCT双正激变换器特别适合于以IGBT 作主开关管的应用场合,可以避免IGBT 关断时由拖尾电流引起的关断损耗。但是主开关管是硬开通,而且需要两个辅助开关和两套辅助电路,因此电路结构比较复杂。

ZCT双正激变换器

图14 ZCT双正激变换器


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