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一种改进型零电压开关PWM三电平直流变换器的研究

发布时间:2015-07-25 11:49:57  来源:大电流电感厂家   查看:

加入输出饱和电感和续流二极管后,改变了滞后臂的换流过程,励磁电感将参与谐振换流。根据饱和电感的特性,在超前臂Q1和Q4在换流过程中与传统的ZVS三电平类似,此时饱和电感由于电流大,处于饱和低阻导通状态;滞后臂模压电感器Q2和Q3换流时,初级电流降到励磁电流,输出整流二极管电流趋近于零,饱和电感很快退出饱和,呈现高阻断状态,输出电流全部流过续流二极管Ds,变压器转化为纯电感状态,从而启动励磁电感参与滞后臂的串联谐振。由于等效的谐振电感大大增加,在初级电流近似不变的条件下,根据式(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。二极管的反向恢复绕行电感器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必须满足式(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。

所以具绕行电感器有中等线电流密度(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手机电感器相模压电感器叠加(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。

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关于 热转印手工制版 的问题最近在学习STM32,画了一个利用STM32F103(48脚)实现相关功能的PCB,遇到了一些困惑:1.手工制版要求的最小线间距是0.20mm,而很明显芯片引脚的间距小于0.20mm,这个会有影响吗?

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