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全桥逆变软开关技术的发展

时间:05-16 来源:互联网 点击:

电压转换电路,提出了一种新的分类方法:根据辅助电压源的不同进行分类。

  按照这种分类方法,所出现的零电压转换PWM变换器大致分为如下3类:(1)带有开关式辅助电压源型;(2)带有直流辅助电压源型;(3)带有谐振式辅助电压源型。这样便于人们对零电压转换脉宽调制技术的整体性研究探索,由于人们越来越深入地研究,必将有更多的新型电路拓扑出现。

  软开关技术的新进展随着电力电子技术的发展,目前对电力电子装置的要求愈加趋向于小型化,轻量化,并希望能提高开关频率,但是目前开关器件的频率已接近于极限,并且随着频率的提高又带来了噪声污染、电磁干扰、开关应力、开关损耗等一系列问题。目前的研究仍是针对解决上述问题而进行的,最近的研究成果包括新型电路结构的出现和应用范围的不断扩大等。Chen—ming Wang提出了一种新型的功率因数校正器。这种功率因数校正器采用传统的脉宽调制,软换相技术及瞬时平均线电流控制方法。他设计了一种新的零电压开关脉宽调制(ZVS—PWM)辅助电路,可实现主开关和辅助开关的零电压开关,辅助开关实现零电流开关,其主开关软换相时电流应力小,传输损耗小。H.Ogiwara,M.Itoi和M.Nakaoka设计出一种新型的单端推挽式软开关高频逆变器,该逆变器应用于高频感应加热装置。这一新模型是在传统电路的基础上加上谐振电路。这样可实现软开关并且在对称的PWM辅助电路下能在大范围内连续调节输出功率,其工作频率固定为20 kI-Iz,用在家用加热电器中具有很好的安全性和高效性。C.M.Wang,H-J.Chiu和D.R.Chen提出了一种新型的零电流PWM开关单元,这种开关单元可以使主开关和辅助开关都能在零电流时开通和关断。这种变换器的优点是:工作于固定频率,减少了换相损耗。只采用了一个谐振电感使电路的结构简单且电流应力小,它适用于采用IGBT的大功率场合。

  如今,软开关变换器都应用了谐振原理,在电路中并联或串联谐振网络,势必产生谐振损耗,并使电路受到固有问题的影响。为此。人们提出了组合软开关功率变换器的理论。组合软开关技术结合了无损耗吸收技术与谐振式零电压技术、零电流技术的优点,电路中既可以存在零电压开通,也可以存在零电流关断,同时既可以包含零电流开通,也可以包含零电压关断,是这4种状态的任意组合。

  近年来,人们针对全桥软开关变换器提出了不少拓扑,大致可分为ZVS,ZCS和ZVZCS三种策略。ZVS方式中,功率器件输出电容与变压器漏感谐振,器件在零电压状态下开通。但变压器副边整流管换流使输出电压发生占空比丢失,且滞后桥臂零不易实现ZVS。ZCS方式中,变压器原边电流复位,器件在零电流状态下关断,但谐振电容电压换向使输出电流发生占空比丢失,且滞后桥臂较难实现ZCS。电子负载中,DC/DC为低压大电流的升压变换,特点是变压器原边输入电流和副边输出电压很大,所以,这两种方式都会造成系统效率的严重降低,是不可接受的。ZVZCS变换策略则可避免上述两方式固有的缺陷。

  本设计是用在变压器副边并联储能电容C1,C2的方法来实现原边电流的复位〔1〕,如所示,共有六种工作模式:

  模式0:(t2,t3)区间。在t2时刻导通Q4,变压器漏感Lk与C1,C2谐振使C1,C2通过D7充电,由于D5,D6的箝位作用,C1,C2充电至V2,能量由变压器原边流向C1,C2和负载。

  模式1:(t3,t4)区间。Q1,Q2导通,能量由变压器原边流向负载。

  模式2:(t4,t5)区间。在t4时刻关断Q1,由 于Cp1上的电压为零,Q1为零电压关断,此后Cp1充电,Cp3放电,V1减小,当变压器副边电压小于V2时,C1,C2开始放电。能量由C1,C2和变压器原边流向负载。

  模式3:(t5,t7)区间。Cp3放电完毕,D3导通,此时导通Q3,由于D3的箝位作用,Q3为零电压开通。V1减小,C1,C2继续放电,变压器副边二极管整流桥反偏,变压器副边电流为零,原边只有很小的励磁电流,近似于开路。负载电流流过C1,C2和续流二极管,变压器原副边没有能量的联系。

  模式4:(t7,t8)区间。在t7时刻关断Q4,由于变压器原边电流近似为零,Q4为零电流关断。C1,C2放电完毕后,负载电流只流过续流二极管,变压器原副边电流仍近似为零。

  模式5:(t8,.)区间。在t8时刻导通Q2,由于变压器原边电流近似为零,Q2为零电流开通。变压器原边电流反向,重复模式0,下半个周期开始。

  4 结语

  随着电力电子技术的不断发展。软开关技术正由新兴技术不断走向成熟。研究人员不断取得新的进展。使电力系统的转换和传输中能量损耗不断降低,电磁干扰逐渐减少,噪声污染正进一步得到解决。开关电源的发展趋势是轻、小、薄和高频化。而高频化使传统的PWM开关功耗加大、效率降低、噪声增加。因此,实现零电压导通、零电流关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流。

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