一种新型的零电压零电流三电平变换器的研究

时间:2013-04-22来源:网络

改进拓扑的具体工作如下:
(1)t0时刻:Q1,Q2,Q6导点间电压UAB=Uin,DA1导通,DA2截止。辅助变压器TA被短路,原次级电压均为零。对于主变压器次级,DR1导通,DR2截止。在t0时刻, 初级电流ip(t0)=io/n1。
(2)开关模态0[t0,t1]:t0时刻,关断Q1,初级电流ip通过Css给C1充电,C4放电。由于C1两端电压上升,则A点电位下降,变压器初级电压下降,输出滤波电感电流的一部分给整流管DR2的结电容CDR2放电,其余部分反射到初级给C1充电,并给C4放电。等效电路中CD为CDR2折算到初级的电容,Io1为t0时刻折算到初级的滤波电感电流。
(3)开关模态1[t1,t2]:t2时刻,CDR2放电结束,UCD(t)为Uin/2。设初级电流为ip(t1),CD两端电压为UCD(t1)。
(4)开关模态2[t2,t3]:此时段内,初级电流保持不变,为t2时刻的电流ip(t2)。此电流一直保持到t3时刻,此刻Q2关断。t2时刻CD两端电压为UCD(t2),此时段内只有DA1导通。
(5)开关模态3[t3,t4]:t3时刻,关断Q2。通过CssC2充电,C3放电。随着充放电过程的进行,主变压器两端的电压逐渐下降,导致变压器次级电压下降,CDR2再次放电。t4时刻,C2两端电压升到Uin/2,C3两端电压下降至零。
(6)开关模态4[t4,t5]:t4时刻,C2两端电压升至Uin/2,TA1开始通过Css,DA1续流,初级电流开始下降,同时DR2导通,由于其结电容已经在上一模态中放电结束,所以DR2自然导通,主变压器次级被短路,变压器初、次级电压均为零。
(7)开关模态5[t5,t6]:t5时刻,ip(t)下降至零,电路保持零电流状态直至t6时刻关断Q6。由于在关断前,流过其的电流已经下降为零,所以Q6实现了零电流关断。
在Q6关断之前,Q2关断之后,开通Q3和Q4,但是没有电流流过。在这个时段,主变压器初级电流为零,初级短路,滤波电感续流。
(8)开关模态6[t6,t7]:在关断Q6之后很短的时间内,开通Q5。由于主变压器初级回路中存在电感Lr和L1k,所以电流不能够突变,也就是Q5实现了ZCS开通。Q5导通后,主变压器初级电流ip(t)反向增加,由于未能达到负载电流值,因此Dr2仍然同时导通。
(9)开关模态7[t7,t8]:DR1关断后,Lr和L1k与结电容CDR1谐振工作,CDR1充电,ip(t)继续增加。
(10)开关模态8[t8,t9]:t8时刻,D8导通,由于此时辅助变压器TA次级TA2被Q3短路,所以TA两端电压为零。D8将主变压器两端电压箝位到Uin。
(11)开关模态9[t9,t10]:此时段的等效电路图与模态8相同,但是电流变化规律不尽相同。
(12)开关模态10[t10,t11]:t10时刻,D8关断,此后主变压器初级电流保持不变,为负载电流初级折算值。t11时刻,关断Q4,电路工作情况与模态0类似。
以上11个工作模态完成后,变换器半个工作周期的工作结束,下半个工作周期与上半个工作周期工作情况类似。

2 仿真结果
该系统采用PSpice软件对改进拓扑进行仿真。设置具体的仿真参数:输入直流电压Uin=300 V;分压电容Cd1=Cd2=470μF;飞跨电容Css =470μF;主功率开关管IGBT型号为GT15J101;IGBT两端并联的电容C1=C2=C3=C4=1 nF;谐振电感Lr=80μH;输出滤波电容Cf=100μF;输出滤波电感Lf=160μH;主变压器变比为6,耦合系数为0.99;辅助变压器变比为0.9,耦合系数为0.99;开关频率fs=50 kHz。完成仿真参数的设置后,分别对变换器满载情况和轻载情况(输出电流为满载的30%)进行仿真。满载时,输出电压为36 V,输出电流为8 A。
由图3可以看到,因续流阶段,在辅助变压器初级电压uTA的作用,主变压器初级电流迅速下降到零,为Q5和Q6的零电流关断提供了条件。

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关键词: 三电平变换器 ZVZCS 辅助网络 IGBT

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