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        丝瓜视频不看不行軟開關技術在ESP電源中的應用研究

        發布時間:2020-06-23 11:09:00 瀏覽次數:3194

        1.丝瓜视频不看不行概述

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        本課題研究的電源功率為32kW,工作頻率為5kHz~20kHz,為了減小高頻時開關器件的損耗,采用丝瓜视频不看不行軟開關技術,使得開關器件能夠實現零電流關斷,其主電路原理圖如圖 1所示:

        圖1 全橋丝瓜视频不看不行式電路原理圖

        2.丝瓜视频不看不行原理分析

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        為了減小開關損耗,在電路工作中,使得開關頻率小於或等於諧振頻率的一半,使電流工作在斷續狀態。

        結合上麵的分析,丝瓜视频不看不行對圖 1電源主回路等效原理圖的工作模態進行計算分析。

         

         

        圖2 等效電路模型

        圖 3  電流斷續工作方式的主要波形

        設電感L1電流為i,電容C1電壓為U1,電源一個諧振周期內各個模態圖如圖4所示,電源工作波形如圖 3所示。電路工作特點是:開關頻率fs必須低於諧振頻率fr的一半,保持主回路丝瓜视频不看不行條件恒定不變,使整個電路工作於不連續導電模式。對於主電路中的逆變電路,采用脈衝頻率調製(PFM)改變開關頻率,驅動脈衝滿足:在正常的導通情況下,加在逆變開關上的驅動信號應該是互補的,即當第一組(VD1與VD4)開管導通時,第二組開關(VD2與VD3)截止;第二組開通時,第一組截止。電路具體工作流程分析如下:首先假定輸入的濾波電容的容量足夠大,在逆變過程中其上的電壓E基本保持不變,由於儲能電容遠大於諧振電容,可以把每一個開關周期看成是恒壓源電壓不斷上升的過程。這樣可以將圖1中的電路的工作過程等效為4個工作模態,其中U0=Uco/K,Uco為負載電壓,K為高頻變壓器的變比。以圖2(a)中電流方向為正,則等效電路滿足2-1和2-2式:

        360截圖20120416161150390.jpg

        開通Q1、Q4,電流i正向移動,L1與C1諧振,到t1時刻i過零,U1達到最大值,電路進入第二模態。

        模態2的等效電路如圖2(b)所示,電流i反向,流過功率管Q1、Q4的體二極管VD1、VD4,且數值逐漸增大,U1逐漸減少,t2時刻關斷Q1、Q4,由於此時VD1、VD4導通,故Q1、Q4屬零電流關斷。模態2的初始條件為i(t1)=0,U1(t1)=2E,U0(t1)大於零。其中,U0是模態1結束後負載電容C0上的電壓值折算到變壓器原邊的數值。電路方程:

        360截圖20120416161210859.jpg

        t6時刻i到零,Q2、Q3零電流關斷。t7時刻VD2、VD3自然關斷,模態4結束。

        分析4個模態的方程,可以看出電流i峰值的變化規律,   Im(1)=E/Zr,     Im(3)=︱-(E+ U0)/Zr︱,與Im(1)相比,Im(3)有所增加。Im(2)=︱(U0-E)/Zr︱,Im(4)= ︱(E- U0)/Zr︱,後式中U0的值比前式的大,因此,與Im(2)相比,Im(4)有所減少。若列出下一個諧振周期的電路方程,同樣有此規律。這樣隨著諧振次數的增加,儲能電容上的電壓也隨之增加到設定值。

        從上麵的推導可以看出:

        ①輸出電流的幅值在輸入電壓E和諧振參數一定時,僅與負載電容折算到原邊的電壓值有關,而在一個諧振周期內的電流有效值是不變的。

        ②固定開關導通脈衝寬度ton不變,開關頻率小於或等於諧振頻率的二分之一,采用脈衝頻率調製(PFM)改變開關的斷開時間,電路維持在電流斷續的工況,從而保持諧振條件的不變。

        ③一個開關周期的高頻變壓器的原邊電流有效值隨著開關頻率的增大而增大,從而耦合到高頻變壓器副邊的電流也隨之增大,因此實現通過調節逆變器件的驅動脈衝周期來改變負載電容的充電電流。

        3.丝瓜视频不看不行參數的計算

        理論計算時,可以選取上麵分析的四種模態中一種,列出微分方程,然後依據每一種模態的初始條件,求解微分方程就可以得到電感和電容值。這裏給出工程上的一種計算方法。

        360截圖20120416161233921.jpg

        4.丝瓜视频不看不行實驗驗證

         

        圖 5 電流斷續工作方式的主要波形

        根據設計的諧振電感和電容值,可得到係統的丝瓜视频不看不行頻率約為50kHz,由實驗結果可以得到實際電源係統的諧振頻率為66.7kHz,這是由於係統中脈衝變壓器和寄生電感、分布電容以及開關器件的寄生電感和電容引起的。開關頻率為20 kHz,保證了開關頻率始終小於諧振頻率的一半,整個電路電流始終工作於不連續導電模式。

        由圖5所示,電流波形趨近於正弦,在調頻過程中,必須控製脈衝的關斷時間在電流為負的時間裏才能實現零電流關斷,無法實現軟開通。

        5.丝瓜视频不看不行小結

        (1).結合課題本身,文中詳細分析了單相全橋丝瓜视频不看不行軟開關的工作原理以及諧振參數的計算。

        (2).通過MATLAB軟件仿真,證明了此方案的可行性並優化了方案的設計。

        (3).應用丝瓜视频不看不行軟開關技術的電源已經開發成功,並且已經有多台產品投入實際應用。



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