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1、諧振復(fù)位雙開(kāi)關(guān)正激變換器的研究摘要:推薦了一種諧振復(fù)位雙開(kāi)關(guān)正激型DC/DC變換器。它不僅克服了諧振復(fù)位單開(kāi)關(guān)正激變換器開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力大和變換效率低的缺點(diǎn),而且具有占空比可以大于50的優(yōu)點(diǎn)。因此,該變換器可以應(yīng)用于高輸入電壓、寬變化范圍、高效率要求的場(chǎng)合。對(duì)該拓?fù)涞墓ぷ髟砗吞匦赃M(jìn)行了詳細(xì)的描述。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該拓?fù)涞纳鲜鰞?yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:諧振復(fù)位;雙開(kāi)關(guān);正激變換器1概述諧振復(fù)位單開(kāi)關(guān)正激變換器,如圖1所示,是一種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、應(yīng)用十摘要:推薦了一種諧振復(fù)位雙開(kāi)關(guān)正激型DC/DC變換器。它不僅克服了諧振復(fù)位單開(kāi)關(guān)正激變換器開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力大和變換效率低的缺點(diǎn),而且具有占空比可以大于50的優(yōu)點(diǎn)。因此
2、,該變換器可以應(yīng)用于高輸入電壓、寬變化范圍、高效率要求的場(chǎng)合。對(duì)該拓?fù)涞墓ぷ髟砗吞匦赃M(jìn)行了詳細(xì)的描述。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該拓?fù)涞纳鲜鰞?yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:諧振復(fù)位;雙開(kāi)關(guān);正激變換器1 概述 諧振復(fù)位單開(kāi)關(guān)正激變換器,如圖1所示,是一種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、應(yīng)用十分廣泛的DC/DC變換器。它通過(guò)諧振電容Cr上的電壓對(duì)變壓器進(jìn)行復(fù)位,該復(fù)位電壓可以大于輸入電壓,因此,該變換器的占空比可以大于50,適合于寬輸入范圍的場(chǎng)合。但和通常的單開(kāi)關(guān)正激變換器一樣,它的開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力比較大,是輸入電壓的2倍左右,用于較高輸入電壓的場(chǎng)合有一定的困難。另外,每次開(kāi)關(guān)S開(kāi)通之前,Cr上電壓為輸入電壓,在S開(kāi)通時(shí),不僅將S的寄生電容
3、上的能量CossVin2/2消耗在開(kāi)關(guān)上,同時(shí)也將Cr上的能量CrVin2/2消耗在S上。而Cr又是外并的諧振電容,其值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開(kāi)關(guān)的寄生電容,所以,可以認(rèn)為該變換器的等效開(kāi)關(guān)損耗大大增加,效率將會(huì)受到嚴(yán)重影響。圖1 諧振復(fù)位單開(kāi)關(guān)正激變換器Fig.1 Resonant reset single switch forward converter 雙開(kāi)關(guān)正激變換器克服了主開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力大的缺點(diǎn),它每個(gè)開(kāi)關(guān)的電壓應(yīng)力等于輸入電壓,是單開(kāi)關(guān)正激的一半左右,適用于高壓輸入場(chǎng)合。而且雙開(kāi)關(guān)正激變換器是利用輸入電壓給變壓器進(jìn)行復(fù)位,結(jié)構(gòu)上也比較簡(jiǎn)單,激磁能量和漏感能量回饋到輸入側(cè),轉(zhuǎn)換效率比較高。因此,
4、這種雙開(kāi)關(guān)正激DC/DC拓?fù)浔粡V泛地應(yīng)用于工業(yè)界,不僅僅是高壓輸入場(chǎng)合。但是,這種雙開(kāi)關(guān)正激變換器有它的突出缺點(diǎn),即只能工作在占空比小于50的狀態(tài),所以,不適合用在變換范圍非常寬的場(chǎng)合。 本文推薦了一種諧振復(fù)位雙開(kāi)關(guān)正激變換器,它綜合了單開(kāi)關(guān)諧振正激和雙開(kāi)關(guān)正激的優(yōu)點(diǎn),不僅可以工作在占空比大于50的狀態(tài),而且又采用雙開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu),大大減小了開(kāi)關(guān)的電壓應(yīng)力。因此,該變換器適用于高電壓輸入、寬變化范圍的場(chǎng)合。2 工作原理 諧振復(fù)位雙開(kāi)關(guān)正激變換器的電路如圖2所示。圖2中Coss1,Coss2,Coss3分別為開(kāi)關(guān)S1,S2,S3的寄生輸出電容,Cr為諧振電容,它并聯(lián)在S2的漏源極之間,因Cr遠(yuǎn)大于開(kāi)關(guān)
5、管的寄生電容,所以Coss2可以忽略。Lm為激磁電感。為簡(jiǎn)化分析,輸出電容Co被認(rèn)為無(wú)窮大而以恒壓源Vo代替,并假定電路已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。圖2 諧振復(fù)位雙開(kāi)關(guān)正激變換器Fig.2 Resonant reset dual switch forward converter 該變換器的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期可以分為6個(gè)工作階段,分別如圖3的6個(gè)等效電路所示。相應(yīng)的工作波形如圖4所示,其中t1t3為死區(qū)時(shí)間td1,t5t6為死區(qū)時(shí)間td2,這些時(shí)間實(shí)際上非常短,在圖中為了更清楚地表述,將他們畫得比較大。6個(gè)工作階段的工作原理分別描述如下。 1)階段1t0,t1 如圖3(a)和圖4所示,該階段S1和S2同時(shí)導(dǎo)通,加在
6、變壓器原邊上的電壓為輸入電壓Vin,激磁電流線性上升。同時(shí)副邊整流二極管DR1導(dǎo)通,續(xù)流二極管DR2截止,電感L上的電流iL線性上升。 2)階段2t1,t2t1時(shí)刻,如圖3(b)和圖4所示,S1和S2同時(shí)關(guān)斷,折算到原邊的負(fù)載電流和激磁電流一起對(duì)Coss1充電,使Coss3放電,Coss3上的電壓vds3迅速下降。由于諧振電容Cr較大,在這么短的時(shí)間內(nèi)Cr上的電壓幾乎沒(méi)有上升,近似為零。因此vT就近似等于vds3,也迅速下降。但此階段變壓器上的電壓vT仍為正,所以副邊DR1仍導(dǎo)通。 3)階段3t2,t3t2時(shí)刻vT下降到零時(shí),副邊二極管DR1就截止,DR2導(dǎo)通,iL通過(guò)DR2續(xù)流,在輸出電壓V
7、o的作用下線性下降。在原邊,激磁電感Lm和諧振電容Cr諧振,在Cr上產(chǎn)生的諧振電壓按正弦變化上升,該諧振電壓同時(shí)對(duì)變壓器進(jìn)行復(fù)位,諧振電流流過(guò)S3的體二極管,如圖3(c)和圖4所示。 4)階段4t3,t4t3時(shí)刻,S3的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgs3變高,S3在零電壓條件下開(kāi)通,Lm和Cr繼續(xù)諧振,Cr上的正弦諧振電壓繼續(xù)對(duì)變壓器進(jìn)行復(fù)位,諧振電流流過(guò)S3,如圖3(d)和圖4所示。 5)階段5t4,t5 如圖3(e)和圖4所示,Cr上的電壓諧振到零后,激磁電流就流經(jīng)S2的體二極管,而S3仍然導(dǎo)通,這時(shí)變壓器原邊的電壓為零,激磁電流保持不變。副邊仍然是DR1截止,DR2導(dǎo)通,電感電流繼續(xù)下降。 6)階段6t5,t6 如圖3(f)和圖4所示,S3在t5時(shí)刻關(guān)斷,激磁電流對(duì)Coss3進(jìn)行充電,vds3一大于零,副邊整流二極管DR1就導(dǎo)通,激磁電流流向變壓器副邊,但它不足以維持負(fù)載電流,所以續(xù)流二極管仍然導(dǎo)通。由于DR1及DR2都導(dǎo)通,變壓器上的電壓被箝在零,激磁電流保持不變。而開(kāi)關(guān)S1上的電壓被箝在Vin
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