三電平雙正激DCDC變換器

1、ZVS三電平雙正激DC/DC變換器 樓俊山 陳敏 徐德鴻2003年11月1日1主要內(nèi)容背景介紹ZVS三電平變換器的工作原理ZVS三電平變換器的理論分析實驗結(jié)果ZVS三電平變換器的拓展結(jié)論2背景PFCDC/DC 變換器電壓應(yīng)力600V分布式電源系統(tǒng)三相PFC高功率場合DC/DC變換器3背景電壓應(yīng)力600V Bus三相 PFCDC/DC 變換器IGBT開關(guān)頻率功率密度 高頻變壓器尺寸 4背景電壓應(yīng)力600V Bus三相 PFCDC/DC 變換器MOSFET三電平DC/DC變換器開關(guān)頻率功率密度5ZVS 三電平 DC/DC 變換器 直通的危險實現(xiàn) ZVS 6原邊有耦合電感的三電平 DC/DC 變換器

2、 外加磁芯 實現(xiàn)ZVS 7三電平雙正激DC/DC變換器實現(xiàn) ZVS 8三電平雙正激DC/DC變換器集成到一個磁芯9變換器的工作原理電路已工作到穩(wěn)態(tài)。MOSFETs 是由理想開關(guān)和體內(nèi)二極管組成。 輸出濾波電感 Lf 假設(shè)為恒流源。副邊電感 Ls 是由變壓器漏感和附加串聯(lián)電感組成。分析變換器工作原理時的假設(shè)：10三電平DC/DC變換器的控制方案S2 and S4 以0.5的占空比互補導(dǎo)通。 S1 and S3以相同工作占空比交替導(dǎo)通。通過改變S1 and S3 的工作占空比來得到所需的輸出電壓。11三電平DC/DC變換器的控制方案S2 and S4 以0.5的占空比互補導(dǎo)通。 S1 and S3

3、以相同工作占空比交替導(dǎo)通。通過改變S1 and S3 的工作占空比來得到所需的輸出電壓。12三電平DC/DC變換器的控制方案S2 and S4 以0.5的占空比互補導(dǎo)通。 S1 and S3以相同工作占空比交替導(dǎo)通。通過改變S1 and S3 的工作占空比來得到所需的輸出電壓。13工作階段 1持續(xù)時間：S1 , S2導(dǎo)通D5 , D6 , D7 , D8導(dǎo)通ip1=0ip1=Io/n14工作階段 2持續(xù)時間S1 , S2導(dǎo)通D5 , D8導(dǎo)通ip1=Io/n恒定D6 , D7關(guān)斷15工作階段 3持續(xù)時間S2導(dǎo)通D5 , D8導(dǎo)通ip1=2Io/3n恒定S1ZVS 關(guān)斷Us3=Us4=ViUs3

4、=Us4=Vi/216工作階段 4持續(xù)時間 S2導(dǎo)通D5 , D8導(dǎo)通ip1=Io/n恒定S1關(guān)斷Us3=Us4=Vi/2恒定17工作階段 5持續(xù)時間： S2ZVS 關(guān)斷D5, D6, D7, D8導(dǎo)通ip1減小Us3=Us4=Vi/2零18工作階段 6持續(xù)時間 這個階段實現(xiàn)主開關(guān)的ZVS 導(dǎo)通 S3, S4ZVS 導(dǎo)通D5, D6, D7, D8導(dǎo)通ip1減小到零Us3=Us4=zero恒定19三電平變換器的理論分析輸出特性占空比損失20變換器的軟開關(guān)條件軟開關(guān)條件容易實現(xiàn) ZVS容易實現(xiàn) ZVS21輸入電容的均壓在電路運行過程中，由于電路參數(shù)不對稱會造成輸入電容不均壓。若上電容電壓V1小于

5、下電容電壓V2則當(dāng)S1和S2導(dǎo)通時， D1和D2導(dǎo)通，ip1通過D1和D2給上電容充電。22實驗結(jié)果實驗參數(shù):輸入電壓 2Vi=600Vdc 輸出電壓 Vo=220Vdc額定功率 Po=3.2kW 變壓器匝比 Np:Ns=12:13開關(guān)頻率 fs=100kHz23主要電路參數(shù) Cs1-Cs4: 1nF/1kV2 (polypropylene capacitance)S1-S4: MOSFET IRFP4602 D5-D8: MUR1560 (ultra-fast diodes)D1-D4: MUR860 (ultra-fast diodes)D9: BYV26CC1: 1nF5 (polypr

6、opylene capacitance)R1: 39k5 (resistor paralleled)Lf: 300HC: 220F/400V(electrolytic capacitance),Ls: 10H24實驗波形（一）輸出功率 Po=3.2kW, 2Vi=600Vdc(a)門極驅(qū)動波形Vgs1 and Vs1 of S1(Vgs1:5V/div,Vs1:100V/div,Time:2us/div)(b) 門極驅(qū)動波形Gate drive Vgs2 and Vs2 of S2(Vgs2:5V/div,Vs2:100V/div,Time:2us/div)S1, S2ZVS 導(dǎo)通25實驗波形（二）輸出功率 Po=1.6kW, 2Vi=600Vdc(a)門極驅(qū)動波形 Vgs1 and Vs1 of S1(Vgs1:5V/div,Vs1:100V/div,Time:2us/div)(b) 門極驅(qū)動波形 Vgs2 and Vs2 of S2(Vgs2:5V/div,Vs2:100V/div,Time:2us/div)S1, S2ZVS 導(dǎo)通26同一輸出功率下并聯(lián)電容Cr與效率的關(guān)系 27擴展拓撲一(a) 副邊倍