a對(duì)推挽逆變器中變壓器漏感尖峰有源鉗位的研究

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。a對(duì)推挽逆變器中變壓器漏感尖峰有源鉗位的研究一 推挽逆變器的原理分析 一 推挽逆變器的原理分析 主電路如圖1所示： Q1，Q2理想的柵極（UG1,UG2）漏極(UD1,UD2)波形如圖2所示： 實(shí)際輸出的漏極波形： 從實(shí)際波形中可以看出，漏極波形和理想波形存在不同：在Q1,Q2兩管同時(shí)截止的死區(qū)處都長(zhǎng)了一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的尖峰，這個(gè)尖峰對(duì)逆變器/UPS性能的影響和開關(guān)管Q1,Q2的威脅是不言而喻的，這里就不多說了。 二 Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的成因分析 從圖1中可以看出，主電路功率元件是開關(guān)管Q1,Q2和變壓

2、器T1。 Q1,Q2的漏極引腳到TI初級(jí)兩邊走線存在分布電感， T1初級(jí)存在漏感，當(dāng)然T1存在漏感是主要的?？紤]到漏感這個(gè)因素我們畫出推挽電路主電路等效的原理圖如圖4所示： 從圖4中可以看出L1,L2就等效于變壓器初級(jí)兩邊的漏感，我們來分析一下Q1導(dǎo)通時(shí)的情形：當(dāng)Q1的柵極加上足夠的驅(qū)動(dòng)電壓后飽和導(dǎo)通，電池電壓加到漏感L1和變壓器T1初級(jí)上半部分，當(dāng)然絕大部分是加到T1初級(jí)上半部分,因?yàn)長(zhǎng)1比T1初級(jí)上半部分電感小得多。此時(shí)Q2是截止的，主電路電流方向?yàn)閺碾姵卣龢O到T1初級(jí)上半部分到L1到Q1的DS再回到電池的負(fù)極;L1上電壓的極性為左負(fù)右正，T1初級(jí)上半部分電壓的極性為上負(fù)下正，如圖5所示：

3、 當(dāng)Q1柵極信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，此時(shí)Q2也還截止，即死區(qū)處Q1,Q2都不導(dǎo)通，T1初級(jí)上半部分由于和次級(jí)耦合的原因，能量?jī)H在Q1導(dǎo)通時(shí)向次級(jí)傳遞能量，到Q1截止時(shí)T1初級(jí)上半部分上端的電位已恢復(fù)到電池電壓，而L1可以看做是是一個(gè)獨(dú)立的電感，它儲(chǔ)存的能量耦合不到變壓器T1的次級(jí)。但是，隨著Q1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)向截止，L1上的電流迅速減小，大家知道電感兩端的電流是不能突變的，根據(jù)自感的原理L1必然要產(chǎn)生很高的反向感生電動(dòng)勢(shì)來阻礙它電流的減小，所以此時(shí)電感電壓的極性和圖5相反，T1初級(jí)上半部分的電壓為0，兩端點(diǎn)的電壓都等于電池電壓，此時(shí)Q1漏極的電壓就等于L1兩端的電壓和電池電壓之和，這就是Q1,Q2

4、兩管漏極產(chǎn)生尖峰的原因，如圖6所示。 三 Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的消除 上面我們已經(jīng)分析了Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的原因，下面我們就來想辦法消除這個(gè)尖峰了。我想到的辦法就是Q1,Q2的漏極到電池的正極加一個(gè)開關(guān)，當(dāng)然這個(gè)開關(guān)也由MOS管來充當(dāng)，當(dāng)然其它功率管也行。這個(gè)開關(guān)只在Q1,Q2都截止時(shí)才導(dǎo)通，用電路實(shí)現(xiàn)如圖7所示：(本文轉(zhuǎn)自電子工程世界：由圖7可以看出，加入D1,D2可以防止Q3,Q4寄生二極管的導(dǎo)通，這樣，Q1,Q2漏極的尖峰就可以限制在D1,D2和Q3,Q4的壓降之和了，而這個(gè)壓降是很小的，漏感的尖峰的能量也釋放回電池和C1了。 Q1,Q2,Q3,Q4的驅(qū)動(dòng)時(shí)序如圖8 加入了

5、有源嵌位后實(shí)際輸出的波形如圖9所示： 四 這個(gè)電路和全橋逆變電路的比較： 看到這里，大家也許會(huì)說，這個(gè)電路和全橋電路不是一樣嗎？你的電路還多了兩個(gè)二極管。不錯(cuò)，這個(gè)電路和那種兩橋臂上下管都互補(bǔ)的全橋電路來說還是有些相似，最大的不同就是我這個(gè)電路主電路還是推挽，它的導(dǎo)通壓降還是一個(gè)MOS管的導(dǎo)通壓降，而全橋電路是兩個(gè)MOS管的導(dǎo)通壓降！對(duì)于采用低電壓大電流電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合，這個(gè)電路的損耗更小，效率更高，因?yàn)槁└械膬?chǔ)能比較小， Q3,Q4選型時(shí)可以比Q1,Q2電流小得多，因而節(jié)約了成本。 實(shí)際上Q3,Q4可以只用一個(gè)的，如圖10所示： 驅(qū)動(dòng)邏輯改為，如圖11所示： 總結(jié)：本文從原理出發(fā)分析了在推

6、挽逆變器中兩開關(guān)管漏極產(chǎn)生尖峰的原因，提出了改進(jìn)方法，并在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證是可行的，相比于傳統(tǒng)推挽逆變器，極大地提升了了性能，提高了效率和穩(wěn)定性(本文轉(zhuǎn)自電子工程世界：EPC高頻變壓器分布參數(shù)及其影響的分析摘 要： 隨著高頻化的需要，變壓器分布參數(shù)的影響也逐漸顯著。從高頻化的等效電路入手，對(duì)開關(guān)變壓器分布參數(shù)的影響進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和仿真驗(yàn)證，提出了在設(shè)計(jì)和繞制變壓器時(shí)能夠減小分布參數(shù)的幾種措施，并通過仿真結(jié)果給出了利用分布參數(shù)作為諧振元件的一部分的高頻軟開關(guān)電路的具體實(shí)現(xiàn)。1、引言行波管放大器(TWTA)具有寬頻帶、高增益、高效率等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于微波通信、雷達(dá)和電子對(duì)抗等技術(shù)領(lǐng)域中。

7、TWTA由空間行波管(TWT)和電子功率調(diào)節(jié)器(EPC)組成。EPC1,2是由大量電子元器件和高壓部件組成的復(fù)雜而且特殊的電子設(shè)備，它由指令電路、遙測(cè)電路、變換器及保護(hù)電路等功能模塊組成。理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積、重量與供電頻率的平方根成反比。所以，實(shí)現(xiàn)電路小型化、輕量化最直接的途徑是提高開關(guān)頻率。由于受限于火箭的運(yùn)載能力，對(duì)星載EPC的體積、重量方面提出了嚴(yán)格的限制，因此必須要提高頻率以滿足小體積、輕重量的要求。高頻變壓器也可稱作脈沖變壓器或開關(guān)變壓器。它與普通變壓器的區(qū)別大致有以下幾點(diǎn)：(1)電源電壓不是正弦波，而是交流方波，初級(jí)繞組中電流都是非正弦波;(

8、2)變壓器的工作頻率比較高，通常都在幾十千赫茲，甚至高達(dá)幾十萬赫茲。在確定磁心材料及損耗時(shí)必須考慮能滿足高頻工作的需要及磁心中有高次諧波的影響。2、變壓器等效電路在一般的理論分析中，為了簡(jiǎn)化分析過程，通常忽略功率變壓器的勵(lì)磁電感和漏感，以便獲得電路工作的基本原理和基本特征。實(shí)際上，寄生參量是客觀存在的，而且隨著開關(guān)頻率的提高，分布參數(shù)的影響越嚴(yán)重。(1)勵(lì)磁電感由于磁導(dǎo)率是有限的，則在原邊繞組中就有勵(lì)磁電流存在。這一增加的電流可以在等效電路中增加一個(gè)和原邊線圈并聯(lián)的勵(lì)磁電感Lm來表示。勵(lì)磁電感能量表示有限磁導(dǎo)率的磁芯中和兩半磁芯結(jié)合處氣隙存儲(chǔ)的能量。存儲(chǔ)的能量與加到線圈上每匝伏特有關(guān)，與負(fù)載電

9、流無關(guān)。(2)漏感在實(shí)際變壓器中，如果初級(jí)與次級(jí)之間、匝與匝之間、層與層之間磁通沒有完全耦合，就會(huì)產(chǎn)生漏感。漏感能量表示線圈間不耦合磁通經(jīng)過的空間存儲(chǔ)的能量。在等效電路中，漏感與理想變壓器激勵(lì)線圈串聯(lián)，其存儲(chǔ)的能量與激勵(lì)線圈電流的平方成正比。(3)分布電容在實(shí)際變壓器的繞組中存在著分布電容，尤其存在于線圈導(dǎo)線和變壓器磁心之間以及各繞組之間。電容量的大小取決于繞組的幾何形狀、磁心材料的介電常數(shù)和它的封裝材料等。在等效電路中，在每一理想線圈兩端并聯(lián)一個(gè)集中的電容。綜合考慮以上因素，可以得出變壓器的一般等效電路，如圖1所示。其中，Rp、Rs表示原、副邊的繞組電阻，Llp、Lls表示原、副邊的漏感，L

10、m表示勵(lì)磁電感，Cdp、Cds表示原、副邊的分布電容，Rc表示磁心損耗，其中包括磁滯損耗和渦流損耗。將副邊漏感、次級(jí)繞組電阻、次級(jí)分布電容分別折算到原邊，并將原、副邊漏電感、繞組電阻、分布電容分別集中在一項(xiàng)里，得到如圖2所示簡(jiǎn)化的等效電路。設(shè)變壓器原邊匝數(shù)為N1，副邊匝數(shù)為N2，變比為n(n=N2/N1)，則R=Rp+ Rs/n2,Cd=Cdp+ n2Cds,Ll=Llp+ Lls/n2。 圖1 變壓器的一般等效電路 圖2 簡(jiǎn)化的變壓器等效電路3、變壓器分布參數(shù)影響的理論分析由于高頻變壓器的輸入為交流方波，以下分脈沖前沿、脈沖頂部、脈沖后沿進(jìn)行說明3。(1)脈沖前沿在脈沖前沿，時(shí)間變化很快，因

11、而漏感和分布電容上就產(chǎn)生很強(qiáng)的電流及電壓變化，而對(duì)于瞬間變化的輸入電壓而言，加在它上面的開路電感的阻抗是趨向無窮大，可以忽略。假設(shè)忽略繞組電阻和磁心損耗電阻。由此得到圖3所示的上升沿等效電路。計(jì)算節(jié)點(diǎn)X的電流，并通過對(duì)它的方程求倒數(shù)，就能得到二次微分方程 圖3 上升沿等效電路(2)脈沖頂部在脈沖頂部時(shí)，脈沖持續(xù)期內(nèi)電壓電流基本保持不變，因此漏感和分布電容便不起主要作用，勵(lì)磁電感起重要作用。由此得到圖4所示的脈沖平頂?shù)牡刃щ娐?。?jì)算節(jié)點(diǎn)X的電流，得到一次微分方程： 這個(gè)方程的解是： 圖4 脈沖平頂?shù)刃щ娐?3)脈沖后沿漏感通常比勵(lì)磁電感小很多，可以忽略。脈沖后沿時(shí)，儲(chǔ)存在勵(lì)磁電感中的磁能和分布電

12、容中的電能釋放能量，因此勵(lì)磁電感和分布電容起主要作用。 由此得到圖5所示的下降沿等效電路。計(jì)算節(jié)點(diǎn)X的電流，得到二次微分方程：圖5 下降沿等效電路4、變壓器分布參數(shù)影響的仿真分析根據(jù)以上分析，用軟件PSPICE進(jìn)行仿真。所使用的參數(shù)如圖6所示，仿真波形如圖7所示。 圖6 仿真原理圖 圖7 用PSPICE計(jì)算出的波形由圖7的仿真波形可見，由于分布參數(shù)的存在，在上升沿時(shí)具有上沖，在下降沿時(shí)存在下沖?；ジ泻吐└心芰吭陂_關(guān)轉(zhuǎn)換瞬時(shí)引起電壓尖峰，造成損耗增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成開關(guān)管損壞，同時(shí)也是EMI的主要來源，因此必須加以控制。5、變壓器分布參數(shù)的抑制和利用5.1 變壓器分布參數(shù)的抑制根據(jù)漏感和分布電容的

13、產(chǎn)生原因，可以采取以下措施來進(jìn)行抑制。(1)減少漏感的方法 減少繞組的匝數(shù)，選用高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低損耗的磁性材料; 減少繞組的厚度，增加繞組的高度; 盡可能減少繞組間的絕緣厚度; 初、次級(jí)繞組采用分層交叉繞制; 初、次級(jí)繞線應(yīng)雙線并繞。(2)減少分布電容的方法 繞組分段繞制; 正確安排繞組的極性，減少它們之間的電位差; 采用靜電屏蔽措施。5.2 變壓器分布參數(shù)的利用為滿足小型化要求，同時(shí)克服分布參數(shù)的影響，使開關(guān)變換器在高頻下高效率地運(yùn)行，自20世紀(jì)70年代以來，國(guó)內(nèi)外不斷研究開發(fā)高頻軟開關(guān)技術(shù)4。軟開關(guān)技術(shù)很好地利用了電路中的分布參數(shù)，將寄生電感和電容作為諧振元件的一部分，消除了分布參數(shù)引

14、起的電壓尖峰。圖8所示諧振變換器電路,圖9給出的相應(yīng)仿真波形，較為形象地說明了軟開關(guān)利用分布參數(shù)所達(dá)到的效果。 圖9 用PSPICE計(jì)算出的波形 圖8 諧振變換器電路6、結(jié)束語當(dāng)變壓器高頻化后，隨之而來的有很多問題，比如鐵損和銅損的增加，趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)的加強(qiáng)等。由此可見，針對(duì)不同的場(chǎng)合，應(yīng)根據(jù)不同工作要求，合理設(shè)計(jì)變壓器，盡可能減小漏感和分布電容，增大勵(lì)磁電感，使變壓器性能接近理想情況。本文作者創(chuàng)新點(diǎn):針對(duì)高頻變壓器分布參數(shù)問題,做了仿真分析并提出了在設(shè)計(jì)和繞制變壓器時(shí)能夠減小分布參數(shù)的幾種措施。漏感與分布電容對(duì)輸出波形的影響(一) 陶顯芳 時(shí)間：2009-12-08 2261次閱讀 【網(wǎng)

15、友評(píng)論2條 我要評(píng)論】 收藏2-1-1-19漏感與分布電容對(duì)輸出波形的影響開關(guān)電源變壓器一般可以等效成圖2-43所示電路。在圖2-43中，Ls為漏感，也可稱為分布電感，Cs為分布電容， 為勵(lì)磁電感，R為等效負(fù)載電阻。其中分布電容Cs還應(yīng)該包括次級(jí)線圈等效到初級(jí)線圈一側(cè)的分布電容，即次級(jí)線圈的分布電容也可以等效到初級(jí)線圈回路中。 圖243 開關(guān)電源變壓器等效電路設(shè)次級(jí)線圈的分布電容為C2，等效到初級(jí)線圈后的分布電容為C1，則有下面關(guān)系式： 上式中， Wc2為次級(jí)線圈分布電容C2存儲(chǔ)的能量， Wc1為C2等效到初級(jí)線圈后的分布電容C1存儲(chǔ)的能量；U1、U2分別為初、次級(jí)線圈的電壓，U2 = nU1

16、，n = N2/N1為變壓比，N1 、N2分別為初、次級(jí)線圈的匝數(shù)。由此可以求得C1為：C1 = n2C2 （2-121）（2-120）式不但可以用于對(duì)初、次級(jí)線圈分布電容等效電路的換算，同樣可以用于對(duì)初、次級(jí)線圈電路中其它電容等效電路的換算。所以，C2亦可以是次級(jí)線圈電路中的任意電容，C1為C2等效到初級(jí)線圈電路中的電容。由此可以求得圖2-43中，變壓器的總分布電容Cs為：Cs = Cs1 + C1 = Cs1 +n2C2 （2-122）(2-122)式中，Cs為變壓器的總分布電容，Cs1為變壓器初級(jí)線圈的分布電容；C1為次級(jí)線圈電路中總電容C2（包括分布電容與電路中的電容）等效到初級(jí)線圈電

17、路中的電容；n = N2/N1為變壓比。圖2-43開關(guān)變壓器的等效電路與一般變壓器的等效電路，雖然看起來基本沒有區(qū)別，但開關(guān)變壓器的等效電路一般是不能用穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析的；即：圖2-43中的等效負(fù)載電阻不是一個(gè)固定參數(shù)，它會(huì)隨著開關(guān)電源的工作狀態(tài)不斷改變。例如，在反激式開關(guān)電源中，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)變壓器是沒有功率輸出的，即負(fù)載電阻R等于無限大；而對(duì)于正激式開關(guān)電源，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)變壓器是有功率輸出的，即負(fù)載電阻R既不等于無限大，也不等于0 。因此，分布電感與分布電容對(duì)正激式開關(guān)電源和反激式開關(guān)電源工作的影響是不一樣的。圖2-44和圖2-45分別是開關(guān)電源變壓器與電源開關(guān)管連接時(shí)的工作

18、原理圖和各點(diǎn)工作電壓的波形圖。在圖2-44中，當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，無論是對(duì)正激式開關(guān)電源或反激式開關(guān)電源，分布電感Ls都會(huì)對(duì)流過開關(guān)管Q1的電流Id起到限制作用，即降低Id的電流上升率，這對(duì)保護(hù)開關(guān)管是有好處的；因?yàn)椋_關(guān)管剛導(dǎo)通的時(shí)候，電流在管芯內(nèi)部是以擴(kuò)散的形式由一個(gè)點(diǎn)向整個(gè)面擴(kuò)散的，如果電流上升率太大，很容易使開關(guān)管因局部面積電流密度過大造成損傷。 分布電感Ls和分布電容Cs可以看成是一個(gè)串聯(lián)振蕩回路，當(dāng)開關(guān)管Q1開始導(dǎo)通的時(shí)候，輸入脈沖電壓的上升率大于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率，因此，振蕩回路開始吸收能量，輸入電壓對(duì)Ls和Cs進(jìn)行充電，此時(shí)，振蕩回路會(huì)抑制輸入電流上升率的增長(zhǎng)；當(dāng)

19、開關(guān)管Q1完全導(dǎo)通以后，脈沖進(jìn)入平頂階段，相當(dāng)于輸入脈沖電壓的上升率為0，此時(shí)，輸入脈沖電壓的上升率小于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率，因此，振蕩回路開始釋放能量，振蕩回路產(chǎn)生阻尼振蕩。當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通過后，開關(guān)管開始關(guān)斷，相當(dāng)于輸入脈沖電壓的上升率為負(fù)，脈沖進(jìn)入反沖階段，此時(shí)，輸入脈沖電壓的上升率小于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率，因此，振蕩回路又開始再次釋放能量，振蕩回路再次產(chǎn)生阻尼振蕩。16check, activity handed the blind location technology. 6. work permits management should establish

20、the ticket file (inventory), the ticket is kept for 3 years. The lifting operation management system, purpose in order to control the production within the region, lifting, lifting activities to prevent the occurrence of accidents, the system is formulated. Second, the scope of application of this s

21、ystem applies to all companies within the lifting operation. Third, lifting a license of graded credit three levels of management: (I) General equipment, weighing less than 1 ton of weight lifting, the lifting of the rules, technology review, workshop Director for approval; (B) the rules of weight e

22、qual to or greater than 1 ton less than 10 tons of weight lifting, hoisting, approved by the workshop, equipment Management Department for approval. (C) of over 10 tons and heavy lifting operations projects or construction under the special conditions, shall prepare lifting plan, permit to work subm

23、itted to company executives and safety equipment, the joint security sector review competent after Assistant General Manager approval. Four, lifting safety requirements 1. lifting weights greater than or equal to 10 tonnes of the object and the subject of civil engineering structures, hoisting const

24、ruction plan shall be prepared. Load is less than 10 tonnes, but small complex shapes, stiffness, length-diameter ratio, precision precious, under the special conditions of construction, should also prepare construction programmes. Hoisting construction programmes examined by the project authorities

25、, submitted to the competent VP approval to be implemented. 2. lifting operations must set up the alert line and set up special care, guardianship personnel must wear armbands, lifting regional staff out of bounds; 3. lifting operations must be provided for lifting loads, slings, rigging and economi

26、c calculation options, do not overload. When lifting heavy objects close to or reach the rated lifting capacity, check brakes, low height, short stroke after the load test, then smoothly lifted. Large and medium sized equipment before lifting, load test should be carried out. Try hanging height for about 0.2m and then conduct a reliability check