|
1 引 言 與功率場效應(yīng)管(MOSFET)相比，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)具有更高的耐壓值、更大的能量密度和較低的開通損耗，因此己廣泛用于高壓、大功率場合。然而，IGBT的開關(guān)速度較慢，而且關(guān)斷時(shí)還存在電流拖尾現(xiàn)象，因而會(huì)導(dǎo)致較大的關(guān)斷損耗。解決這兩個(gè)問題的有效措施是實(shí)現(xiàn)IGBT的零電流開關(guān)(ZCS)。為此，近幾年已陸續(xù)提出了多種ZCS脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulated，簡稱PWM)技術(shù)方案。例如，文獻(xiàn)雖能實(shí)現(xiàn)所有有源開關(guān)器件的ZCS，但主開關(guān)管的電流應(yīng)力很大，它將顯著增加導(dǎo)通損耗。這一問題在文獻(xiàn)中得到解決，但輔助開關(guān)管的電流應(yīng)力也很大。而且由于兩個(gè)諧振電感分別與主開關(guān)管、輔助開關(guān)管串聯(lián)，所以損耗較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為了有效解決這一問題，文獻(xiàn)提出并研究了基于一種新型ZCS PWM開關(guān)單元的Boost變換器。在此基礎(chǔ)上研究了基于該新型ZCS PWM開關(guān)單元的Buck變換器。它在傳統(tǒng)Buck電路的基礎(chǔ)上增加了一條諧振支路和一條由輔助開關(guān)管與二極管串聯(lián)而成的輔助支路。在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)。該新型ZCS PWM Buck變換器的主開關(guān)管和輔助開關(guān)管均工作在ZCS狀態(tài)，所有無源開關(guān)器件均工作在ZVS狀態(tài)，因此開關(guān)損耗為零。此外，該變換器的諧振電感不再與主開關(guān)管和輔助開關(guān)管串聯(lián)，使得損耗明顯減小，因此適用于所有使用IGBT的大功率場合。在此。分析了該變換器的工作原理，并通過一臺(tái)300W，30kHz樣機(jī)驗(yàn)證了該電路的可行性。 2 工作原理 2．1 主電路拓?fù)?br /> 圖1示出新型ZCS PWM Buck變換器。它由主開關(guān)管VS1、輔助開關(guān)管VS2、3個(gè)二極管VD1～VD3、兩個(gè)諧振電感Lr1,Lr2及一個(gè)諧振電容Cr組成。VS1起到將能量傳輸?shù)截?fù)載的作用；通過VS2傳輸?shù)哪芰空伎傌?fù)載能量的比例很小，流過它的電流平均值也很小。
3 仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果 通過Saber仿真軟件對新型ZCS PWM Buck變換器進(jìn)行了仿真分析。參數(shù)設(shè)置：輸入電壓Uin=100V。額定輸出電壓Uo=60V，額定輸出功率Po=300W，開關(guān)頻率fs=30kHz，Lr1=Lr2=6μH，Cr=100nF，Lo=1mH，濾波電容Co=470μH,為了驗(yàn)證仿真結(jié)果，設(shè)計(jì)了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，該樣機(jī)的VS1和VS2選用G25N120；VD1—VD3選用HFA25TB60。 圖4示出滿載時(shí)和10％負(fù)載時(shí)VS1和VS2上的電流iVS1和ivsz及電壓uvs1和uVS2實(shí)驗(yàn)波形。由圖可見，VS1和VS2都實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)。由于該樣機(jī)是以額定電流的10％作為臨界連續(xù)電流而設(shè)計(jì)的。當(dāng)負(fù)載小于額定負(fù)載的10％時(shí)，系統(tǒng)就進(jìn)入了電流斷續(xù)狀態(tài)，功率器件也實(shí)現(xiàn)了ZCS。因此，該變換器能在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ZCS。 4 結(jié)論 研究了一種新型ZCS PWM Buck變換器，分析了該變換器的工作原理。它具有下述優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單，所用器件數(shù)量少；②所有的有源開關(guān)器件都是ZCS，所有的無源開關(guān)器件都是ZVS。所以沒有開關(guān)損耗：③變換器能在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。 該新型ZCS PWM Buck變換器適用于功率器件采用IGBT的高壓、大功率應(yīng)用場合。樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。 |
