一种改进型零电压开关PWM三电平直流变换器的研究

时间：02-19 来源：互联网点击：

1），滞后臂会有足够能量吸收寄生电荷，实现宽范围ZVS。同时在加入饱和电感后，由于滞后臂有励磁电感参与谐振，谐振条件与负载关系不大，所以在设计原边谐振电感时可以尽量减小该电感，这样，根据文献[2]对占空比丢失的讨论，可以减小副边占空比丢失。

饱和电感的特性相当于磁开关，在电流小于Ic时，饱和电感不饱和，电感量很大，磁关断输出整流二极管，这样有效地阻挡了由输出二极管产生的反向恢复电流，从而减小了由二极管寄生电容和变压器输出漏感引起的电压振荡，同时减小电压尖峰。

3 饱和电感的设计

本文讨论的是VITROPERM 6050Z钴基非晶磁芯，它的磁导率为2000～3000，具有非常低的磁芯损耗和非常高的矩形比，当电流在接近零时具有非常大的电感量。这个很大的电感量可以有效地阻挡由二极管产生的反向恢复电流。该磁芯在比较小的电流条件下就可以进入饱和。

饱和电感的磁滞回线如图2所示，其工作过程如下：到达工作点1时（电流导通），磁芯处于饱和状态，具有非常低的电感量。当电流关断时，工作点到达剩磁点2。二极管的反向恢复效应使得电流向小于零的方向减小，这时，由于钴基非晶有非常高的磁导率，因此它的电感量很大，有效地抑制了二极管的尖峰电流，实现了二极管的软恢复。由于高电感值，阻止了磁芯工作在工作点3，而留在反向剩磁点4，然后被磁化开始下一个循环。

图2 磁滞回线

一般来讲，饱和电感的磁通急匦肼足式（2）。

φ·Sa≥π·trr·Vr·Io (2)

式中：Sa为磁芯截面积；

J为铜线电流密度；

Fcu为铜线填充系数，对于绕线磁芯电感，取Fcu=0.3～0.4;对于铜线径磁芯电感，取Fcu=1；

trr为输出二极管反向恢复时间；

Vr为输出二极管反向电压；

Io为输出电流。

所以具有中等线电流密度(2A/mm2)的铜线径磁芯电感，式（2）可以简化为

φ·Sa≥1.5·trr·Vr·Io (3)

饱和电感的线径dcu为

dcu= mm (4)

所以，绕线圈数N为

N≥π·trr·Vr/φ (5)

4 峰值电流控制的稳定性分析

4．1 峰值电流控制原理

峰值电流型控制是20世纪80年代出现的新控制模式，它具有动态性能好；输出精度高；增益带宽大；瞬间限流保护等特点。目前许多移相控制ZVS多采用此控制系统。当然移相三电平ZVS也不例外。

如图3所示，系统将代表开关管瞬态电流动态信号VL与一个固定开关频率、幅值很小的锯齿波信号Vm相叠加（锯齿波是斜率补偿，下面将会讨论），然后再与参考电压信号Ve进行比较，共同决定导通桥臂的移相角α。这样组成了一个电压外环，峰值电流内环的电流型控制系统。4个开关管的占空比D是固定保持在约50％的，只是导通桥臂移相角α决定了变压器能量转换的伏秒值，它是既与参考电压成正比，又与开关管的瞬间电流峰值相关，这样保证了开关管的瞬间电流峰值跟随参考电压的变化。该控制模式具有与移相控制结合的能力，并实现瞬间限流调整，可以对开关器件进行动态保护，同时也可以自动保持高频功率变压器的动态平衡。

图3 峰值电流的反馈电路

4．2 峰值电流系统斜率补偿的讨论

在峰值电流型控制中存在一个比较突出的问题，即在连续模式移相占空比Dα>50％时，随着偏移量Δi变化，经过几个状态周期的推移，偏移量将会越来越大，这样闭环系统将进入不稳定，引起次谐波振荡，电感电流振铃等。为了保证系统稳定需要通过斜率补偿的方法来实现系统稳定，这样虽然牺牲了一些系统增益，但会使系统在移相占空比Dα>50％时保持稳定。系统稳定性与斜率补偿的关系如图4所示。以下是它的斜率补偿稳定分析。