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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:

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。

(a) 一个周期的总图

(b) 局部放大图

图4 斜率补偿图

由几何关系可知

Rf·Δi(0)=ac+ce=ab·m+ab·m1

-Rf·Δi(Ts)=bf-bd=ab·m2-ab·m(6)

式中:m为补电感位移传感器偿信号上升斜率;

m1为电感检测电流上升率;

m2为电感检测电流下降率。

所以,经过一个开关周期后,输出电感中电流的变化为

Δi(Ts)=Δi(0)· (7)

同理,经过n个周期后,输出电感的电流变化为

Δi(n ·Ts)=Δi(0)· (8)

要系统稳定,偏移电流量必须趋近于零,即

=|Δi塑封电感(n·Ts)|=0 (9)

故系统稳定的充要条件是

<1(10)

因为在稳定条件下,D ·m1=(1-D)m2,消去m1,整理后,移相峰值电流控制系统稳定充要条件为

(11)

由式(11)可知,当没有斜率补偿时,即m=0,必须要求移相占空比Dα<0.5,这就是理论上不加补偿时,移相占空比Dα>0.5时系统将不稳定;在控制工程实际中,补偿斜率m一般取为m=(0.7~0.8)m2,这样既保证了系统符合稳定条件,又保证了系统动态指标。

5 实验结果

综合考虑以上分析,研制了一台250W带输出饱和电感的三电平ZVS直流变换器。并比较了加入饱和电感和不加饱和电感时的特性。样机的实验参数如下:

Vin=300V;f=100kHz;Vo=47~50V;共模电感Io=5A

主要器件设计参数如下:

移相控制IC:UCC3895

Q1~Q4:IRF840

Cs:0.68μF/450V

Tr:ETD40 PC40;Np:Ns=22:10

Lf:190μH

Lr:6μH G25-DF57

Ls1;Ls2:10×8×46025Z N=4

C1000μF

从实验波形图5、图6可以看到,在负载为5%Io的轻载条件下,超前和滞后桥臂基本可以实现ZVS软开关,并且波形比较干净,说明开关干扰很小,实现了软电感器厂家开关。同时开关管的电压应力仅为输入电压的一半,约150V。说明变换器顺利实现了ZVS三电平。

图5 超前臂在5%Io时vgs和vds波形(CH1-vds;CH2-vgs)

 

图6 滞后臂在5%Io时vgs和vds波形(CH1-vgs;CH2-vds)

图7、图8比较了不带饱和电感和带饱和电感时输出二极管的波形(Io=5A)。可以看到,实际波形和理论分析相符合,加入饱和电感时有效降低了输出电压尖峰振荡,输出特性稳定,防止了输出二极管的过冲损坏。

图7 不加输出饱和电感时输出二极管两端波形(Io=5A)

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