ZVS三電平雙正激DCDC變換器

1、1ZVS三電平雙正激三電平雙正激DC/DC變換器變換器 樓俊山樓俊山 陳敏陳敏 徐德鴻徐德鴻浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2003年11月1日2主要內(nèi)容主要內(nèi)容l 背景介紹背景介紹l ZVS三電平變換器的工作原理三電平變換器的工作原理l ZVS三電平變換器的理論分析三電平變換器的理論分析l 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果l ZVS三電平變換器的拓展三電平變換器的拓展l 結(jié)論結(jié)論3背景背景PFCDC/DC 變換器變換器電壓應(yīng)力600V分布式電源系統(tǒng)分布式電源系統(tǒng)三相三相PFC高功率場(chǎng)合高功率場(chǎng)合DC/DC變換器變換器4背景背景電壓應(yīng)力600V Bus三相三相 PFCDC/DC 變換器變換器IGBT開(kāi)

2、關(guān)頻率開(kāi)關(guān)頻率功率密度功率密度 高頻變壓器尺寸高頻變壓器尺寸 5背景背景電壓應(yīng)力600V Bus三相三相 PFCDC/DC 變換器變換器MOSFET三電平三電平DC/DC變換器變換器開(kāi)關(guān)頻率開(kāi)關(guān)頻率功率密度功率密度6ZVS 三電平三電平 DC/DC 變換器變換器 實(shí)現(xiàn) ZVS 7原邊有耦合電感的三電平原邊有耦合電感的三電平 DC/DC 變換器變換器 實(shí)現(xiàn)ZVS 8三電平雙正激三電平雙正激DC/DC變換器變換器實(shí)現(xiàn) ZVS 9三電平雙正激三電平雙正激DC/DC變換器變換器10變換器的工作原理變換器的工作原理l電路已工作到穩(wěn)態(tài)。電路已工作到穩(wěn)態(tài)。lMOSFETs 是由理想開(kāi)關(guān)和體內(nèi)二極管是由理想開(kāi)

3、關(guān)和體內(nèi)二極管組成。組成。 l輸出濾波電感輸出濾波電感 Lf 假設(shè)為恒流源。假設(shè)為恒流源。l副邊電感副邊電感 Ls 是由變壓器漏感和附加串是由變壓器漏感和附加串聯(lián)電感組成。聯(lián)電感組成。n分析變換器工作原理時(shí)的假設(shè)：分析變換器工作原理時(shí)的假設(shè)：11三電平三電平DC/DC變換器的控制方案變換器的控制方案l S2 and S4 以以0.5的占空比互補(bǔ)的占空比互補(bǔ)導(dǎo)通。導(dǎo)通。 l S1 and S3以相同工作占空比交以相同工作占空比交替導(dǎo)通。替導(dǎo)通。l 通過(guò)改變通過(guò)改變S1 and S3 的工作占的工作占空比來(lái)得到所需的輸出電壓。空比來(lái)得到所需的輸出電壓。12三電平三電平DC/DC變換器的控制方案變換

4、器的控制方案l S2 and S4 以以0.5的占空比互補(bǔ)的占空比互補(bǔ)導(dǎo)通。導(dǎo)通。 l S1 and S3以相同工作占空比交以相同工作占空比交替導(dǎo)通。替導(dǎo)通。l 通過(guò)改變通過(guò)改變S1 and S3 的工作占空的工作占空比來(lái)得到所需的輸出電壓。比來(lái)得到所需的輸出電壓。13三電平三電平DC/DC變換器的控制方案變換器的控制方案l S2 and S4 以以0.5的占空比互補(bǔ)的占空比互補(bǔ)導(dǎo)通。導(dǎo)通。 l S1 and S3以相同工作占空比交以相同工作占空比交替導(dǎo)通。替導(dǎo)通。l 通過(guò)改變通過(guò)改變S1 and S3 的工作占空的工作占空比來(lái)得到所需的輸出電壓。比來(lái)得到所需的輸出電壓。14工作階段 1持續(xù)時(shí)

5、間：持續(xù)時(shí)間：110osinI LTttVS1 , S2導(dǎo)通導(dǎo)通D5 , D6 , D7 , D8導(dǎo)通導(dǎo)通ip1=0ip1=Io/n15工作階段 2持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間221effsTttD TS1 , S2導(dǎo)通導(dǎo)通D5 , D8導(dǎo)通導(dǎo)通ip1=Io/n恒定恒定D6 , D7關(guān)斷關(guān)斷16工作階段 3持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間33232rionTttC VIS2導(dǎo)通導(dǎo)通D5 , D8導(dǎo)通導(dǎo)通ip1=2Io/3n恒定恒定S1ZVS 關(guān)斷關(guān)斷Us3=Us4=ViUs3=Us4=Vi/217工作階段 4持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間4433()maxeffsTttDDD TTS2導(dǎo)通導(dǎo)通D5 , D8導(dǎo)通導(dǎo)通ip1=Io/n恒定

6、恒定S1關(guān)斷關(guān)斷Us3=Us4=Vi/2恒定恒定18工作階段 5持續(xù)時(shí)間：持續(xù)時(shí)間：5541()iosVTttarcsinnI LS2ZVS 關(guān)斷關(guān)斷D5, D6, D7, D8導(dǎo)通導(dǎo)通ip1減小減小Us3=Us4=Vi/2零零19工作階段 6持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間26651 ()soiiosnL IVTttVnI L這個(gè)階段實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)的這個(gè)階段實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)的ZVS 導(dǎo)通導(dǎo)通S3, S4ZVS 導(dǎo)通導(dǎo)通D5, D6, D7, D8導(dǎo)通導(dǎo)通ip1減小到零減小到零Us3=Us4=zero恒定恒定20三電平變換器的理論分析三電平變換器的理論分析輸出特性輸出特性2()ioVVDDn占空比損失占空比損失2223

7、()2sosirsosinfDI LV C LI LVsfD21變換器的軟開(kāi)關(guān)條件變換器的軟開(kāi)關(guān)條件221324soriL IC V軟開(kāi)關(guān)條件sL容易實(shí)現(xiàn) ZVSrC容易實(shí)現(xiàn) ZVS22輸入電容的均壓 在電路運(yùn)行過(guò)程中，由于電路參數(shù)不對(duì)稱會(huì)造在電路運(yùn)行過(guò)程中，由于電路參數(shù)不對(duì)稱會(huì)造成輸入電容不均壓。成輸入電容不均壓。 若上電容電壓若上電容電壓V1小于下電容電壓小于下電容電壓V2則當(dāng)則當(dāng)S1和和S2導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)， D1和和D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，ip1通過(guò)通過(guò)D1和和D2給上電容給上電容充電。充電。23實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果24主要電路參數(shù)主要電路參數(shù) 25實(shí)驗(yàn)波形（一）實(shí)驗(yàn)波形（一）輸出功率 Po=3.2

8、kW, 2Vi=600Vdc(a)門極驅(qū)動(dòng)波形門極驅(qū)動(dòng)波形Vgs1 and Vs1 of S1(Vgs1:5V/div,Vs1:100V/div,Time:2us/div)(b) 門極驅(qū)動(dòng)波形門極驅(qū)動(dòng)波形Gate drive Vgs2 and Vs2 of S2(Vgs2:5V/div,Vs2:100V/div,Time:2us/div)S1, S2ZVS 導(dǎo)通導(dǎo)通26實(shí)驗(yàn)波形（二）實(shí)驗(yàn)波形（二）輸出功率 Po=1.6kW, 2Vi=600Vdc(a)門極驅(qū)動(dòng)波形門極驅(qū)動(dòng)波形 Vgs1 and Vs1 of S1(Vgs1:5V/div,Vs1:100V/div,Time:2us/div)(b) 門極驅(qū)動(dòng)波形門極驅(qū)動(dòng)波形 Vgs2 and Vs2 of S2(Vgs2:5V/div,Vs2:100V/div,Time:2us/div)S1, S2ZVS 導(dǎo)通導(dǎo)通27同一輸出功率下并聯(lián)電容同一輸出功率下并聯(lián)電容Cr與效率的關(guān)系與效率的關(guān)系 28擴(kuò)展拓?fù)湟粩U(kuò)展拓?fù)湟?a) 副邊倍流整流29擴(kuò)展拓?fù)涠U(kuò)展拓?fù)涠?b) 副邊全波整流