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基于三半桥拓扑的双向DC/DC变换器软开关条件研究

发布时间:2015-09-30 12:37:40  来源:大电流电感厂家   查看:

1 引言

双向DC/DC变换器是指在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下,能够根据需要调节能量传递方向,实现电能双向流动的直流变换器[1]。多端口双向DC/DC变换器使多个电源互连,实现了多级电源之间多个方向的能量传输。三半桥双向DC/DC变换器是一种新型的三端口变换器,它通过磁耦合将不同的电源结合在一起,通过移相控制实现同时或单独向负载供电。该变换器拓扑所具有低压/高电流的输入特电感厂家性;双向功率流动;开关管数量少,结构简单等优势。三半桥双向DC/DC变换器在正向模式下的工作原理和换流过程与单输入ZVS双半桥DC/绕行电感DC变换器是相似的,但是其软开关的条件以及影响软开关的因素都和单输入ZVS双半桥DC/DC变换器不同。因此,研究三半桥双向DC/DC变换器的软开关的实现条件是十分有意义的。

2 三半桥变换器的工作原理

隔离型三半桥DC/DC变换器的主电路包含两个输入级组合式升压半桥电路,一个三绕组的高频变压器,以及一个输出级电压型半桥电路。将变压器用其等效模型[2,3]替换,其主电路以原边为参考的等效电路如图1所示。

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图1三半桥DC/DC变换器以原边为参考的等效电路

在正向(Boost)模式下,一个完整的开关周期根据状态的不同可以划分成t0~t19共19个工作区间。这里假设t1时刻之前的稳态对应于开关管S1导通,开关管S5和S3的反并联二极管D5, D3因正向偏置而导通。具体模态如下。

⑴  模态1(t0~t1)

在t1时刻之差模电感器前,电路达到稳态,S1, D5和D3导通,Vcr2=V1+V2电感Ldcl、Ldc2均在释放能量,两个输入端的电感电流均在线性下降。此阶段电容C1经S1放电,C2充电,电容C5经二极管D5充电,C6放电,原边所提供的功率除传递给负载外,同时给电容C3充电。

⑵ 模态2(t1~t2)

t1时刻S1关断,Cr1、Cr2与Tr谐振,Cr1充电,Cr2放电,Vcr2从Vcr2=V1+V2开始降低,Vr12=Vcr2-V2也因此降低,电容Cr1、Cr2的电压变化率为20110322165435947.jpgVcr2=(V1+V2)-Vr1, 时刻Vcr2由0开始变负时,D2开始因正偏而导通。原边电流ir56在正向电压作用下线性增加,并且由负变正。

⑶ 模态3 (t2~t3)

t2时刻D2导通,将S2的端电压箝位在0,此模态下任一时刻内给S2加驱动信号,即可实现S2的零电压(ZVS)开通。原边电流ir12线性降低,ir56继续增加直至t3时刻20110322165556191.jpg

⑷ 模态4(t3~t4)

t3时刻,当原边电流ir56大于输入电感电流idc2时,开关管S5导通,原边电流ir56继续增加,ir12则继续降低,直到t4时刻ir12=idcl 。

⑸ 模态5(t4~t5)

t4时刻,当原边电流ir12小于输入电感电流idcl时,开关管S2导通。在这一阶段,ir12继续下降至反向变负。

⑹ 模态6(t5~t6)

t5时刻S模压电感5关断,Cr5、Cr6与变压器Tr漏感谐振。Cr5充电,其电压不断升高,Cr6放电,其电压不断降低。电压变化率主要与t5时刻原边电流值ir56(t5)有关。t6时刻Vcr6由0开始变负时,D6开始因正偏而导通。原边电流ir12继续下降,ir56在负电压作用下开始降低,副边电流ir34= ir12+ir56也因此而线性下降。

⑺ 模态7(t6~t7)

t6时刻D6导通,将S6的端电压箝位在0。此模态下任一时刻内给S6加驱动信号,即可实现S6的零电压(ZVS)开通。副边电流ir34继续降低。

⑻ 模态8(t7~t8)

t7时刻,副边电流ir34反向为负,电流由D3换流到S3中,D3阻断,S3导通。原边电流ir56继续降低,直到t8时刻ir56= idc2。

⑼ 模态9(t8~t9)

t8时刻,当原边电流ir56小于输入电感电流idc2时,开关管S6导通。

⑽ 模态10(t9~t10)

t9时刻S3关断,Cr3、Cr4与变压器Tr漏感谐振,Cr3充电,Cr4放电,充放电电压变化率与t9时刻的副边电流值ir34(t9)有关。t10时刻Vcr4由0开始变负时,D4因正偏而导通。原边电流ir56持续降低,并开始反向变负。

⑾ 模态11(t10~t11)

t10时刻D4导通,将S4的端电压箝位在0。此模态下任一时刻内给S4加驱动信号,即可实现S4的零电压(ZVS)开通。

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