（電力電子與電力傳動專業(yè)論文）一種新穎的zvzcspwm三電平變換器研究.pdf

s t u d yo fa n o v e lz v z c sp w mt h r e e l e v e lc o n v e r t e r a b s t r a c t n o w a d a y st h et e c h n o l o g yo fs w i t c h i n gp o w e rs u p p l yi sg r a d u a l l yb e i n gp e r f e c t h o w e v e r ，t h e r ei sn oe n dt ot h ed e m a n df o rah i g h p o w e r ，h i g hp e r f o r m a n c ep o w e r s u p p l y t h r e e l e v e rd c d cc o n v e r t e r sa r ew i d e l yr e s e a r c h e di np o w e re l e c t r o n i c s a p p l i c a t i o n s ，e s p e c i a l l yf o rh i g hp o w e ra p p l i c a t i o n s t h em a i no b j e c t i v et op r o p o s e t h r e e l e v e lc o n v e r t e ri st or e d u c ev o l t a g es t r e s sa c r o s st h ep o w e rs w i t c h e s ，i n o r d e rt om a k et h el o wv o l t a g es t r e s ss w i t c h e sa p p l i e di nh i g hi n p u tv o l t a g ed c d c c o n v e r t e r w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o f ts w i t c h i n g ，i ti st h es t u d yh o t s p o tt h a th o w t oc o m b i n et h r e e l e v e lc o n v e r t e rw i t hs o f ts w i t c h i n g t h ep a p e ra n a l y z e st h ec l a s s i c a lp h a s e - s h i f t e dz e r o - v o l t a g e - s w i t c h i n gp w m t lc o n v e r t e rw h i c hi n t e g r a t e st h ea d v a n t a g e so fr e s o n a n tc o n v e r t e r sa n dp w m c o n v e r t e r s t h o u g hi tr e a l i z e sz v sf o rt h ep o w e rs w i t c h e s ，i tc a nn o te l i m i n a t et h e d u t y c y c l el o s sa n dt h eo u t p u tr e c t i f i e rd i o d e ss t i l ls u f f e rv o l t a g es p i k e t h e na n o v e l z e r o - v o l t a g e a n d z e r o c u r r e n t s w i t c h i n g ( z v z c s ) p w mt h r e e l e v e l c o n v e r t e ri s p r o p o s e d v o l t a g es t r e s so fe a c hm a i ns w i t c hi nt h i sc o n v e r t e ri s r e d u c e dt oh a l fo ft h ei n p u tv o l t a g e ，w h i c hm a k e st h ec o n v e r t e rq u i t es u i t a b l ef o r h i g hi n p u tv o l t a g ea p p l i c a t i o n s t h ez c sc o n d i t i o nf o rl a g g i n gs w i t c h e su n d e rw i d e l o a dr a n g ei sp r o v i d e db ya s e c o n d a r ya u x i l i a r yc i r c u i t f i n a l l y ，t h eo p e r a t i o np r i n c i p l eo fz e r o v o l t a g ea n dz e r o - c u r r e n t s w i t c h i n g p w mt h r e e - l e v e lc o n v e r t e ri sv a l i d a t e d b yt h e s i m u l a t i o na n a l y z ea n dt h e d e b u g g i n ge x p e r i m e n to f5 0 v 2 0 as a m p l ed e v i c e k e y w o r d s ： z e r o v o l t a g es w i t c h i n g ， z e r o c u r r e n ts w i t c h i n g t ld c d cc o n v e r t e r ，d u t y c y c l el o s s 插圖清單 圖1 1t l 逆變 圖1 2 典型z v s t l 變換器 圖1 3 帶輔助網絡z v s t l 直流變換器 圖1 4 z v z c s t l 直流變換器( 1 ) 圖1 5z v z c s t l 直流變換器( 2 ) 圖1 6z v z c s t l 直流變換器( 3 ) 圖2 1b u c k t l 電路和波形 圖2 2 移相控制策略 圖2 3 典型z v s t l 變換器主電路和工作波形 圖2 4 工作模式等效電路 圖2 5 模式1 等效電路 圖2 6 模式2 等效電路 圖2 7 模式7 等效電路 圖2 8 仿真電路 圖2 9 仿真波形 圖3 1z v z c s t l 直流變換器主電路和工作波形 圖3 2 工作模式等效電路 圖3 3 模式5 等效電路 圖3 4 模式6 等效電路 圖3 5 最大占空比的確定 圖3 6 仿真電路 圖3 7 仿真波形 圖4 iu c 3 8 7 5 內部功能方框圖 圖4 2 采用u c 3 8 7 5 的p w m 控制電路 圖4 3 電壓電流反饋電路 圖4 4 丌關電流保護電路， 圖4 5 溫度保護電路 圖4 6i g b t 驅動電路， 圖5 1 實驗波形 3 j屆一心n他b h h托加絲孔拍拍”凹如叭甜馳拍卯如 獨創(chuàng)性聲明 本人聲嘍所星交麴學位論文楚本人程導師指導f 讖抒的研究下侮及取得的研究成 果。據我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發(fā)表 或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得盒世王些叁堂 或其他教育機構的學位或 證書麗使翔過的材科。與我同 二作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了 明確的說明并表示謝意。 學位論文作者簽名：善p ；，許 簽字目期：御；年月二習 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解金膽王業(yè)盔堂有關保留、使用學位論文的規(guī)定，有權保 留并向國家柯關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許論文被奄閬和借閱。本人授 權盒鼗三冀丕堂可以將學位論文的壘部或部分幽容編入有關數據庫進行檢索，可班采 用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。 ( 保密的學位論文在解密后適用本授權二i ) 學位論文作者簽名 郡毛皤 簽字日期：糾- 6 年鉀月2 目 學位論文作者畢業(yè)后去向： 工作單位：鬟野亟閏鎊杈撕婚公司 通訊地址：豫叫，鋤出窶料鵲圈缸耋 斜苫略| 與 導師簽名： 等手 簽字日期。知名年9 月2 日 電話：口7 玎一專。76 ；： 郟編：f f 如_ 7 致謝 本文是在導師徐寧裂教授積掛少武副教授的精心指導下完成的。他們嚴灌 認真的治學態(tài)度、一絲不萄的工作方法和兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神，給我以深刻的 影響，促使我不斷地進步和完善自己。 整個碩士除段，儈老師在學習方殛為我提供了讒多便利條饞，在科研方西 給我導向，讓我深受啟迪，使我在各方面都取得了長足的進步。杜老師更是為 我課題的開題和研究都付出了大量心血。在論文的撰寫過程中，杜老師對論文 的布局和每個細葦的詳細竄閱繪我的論文定璃起到了決定性作用。社老師在科 研學術上有著自己獨到的見解和領悟力，開闊、敏捷的思維，不辭辛勞的酬心 指導和諄諄教導，以及提出的許多建設性意見使我長進很快。他平易近人的樸 素作風和真誠友善的處整態(tài)度給了我巨大幫助。在此，我要淘徐老師、杜老師 表示我最誠摯的謝意! 論文結束后，我就將踏上工作崗位，研究生階段學習到的知識和經驗對我 今廂的工作和學習有著很大的幫助。在今后的日子蟹，我會深深懷念這兩年半 多來的學習和科研生活。 向所有在碩士研究生階段曾經幫助過我的老師深表謝意。還有我那些最可 愛的同學們，他們是蔣勁松、方如舉、鄒希、楊鈺輝、張家友、陳中、丁麗等。 在此向他們襲示艨謝。 感謝我的父母和我的掰哥，他們對我的關心和鼓勵是對我最大的支持，我 的任何成績都應該歸功于他們的教育和支持。 謝謝大家! 懇請所有讀到這篇論文的老師和同學多提寶貴意見，不吝賜教。 作者：鄂玉澤 2 0 0 6 年3 月 第一章緒論 現代電力電子技術從6 0 年代誕生以來，經過4 0 多年的發(fā)展，已經形成較 為完整的學科體系羈理論。電力電子學受是獲褥了突飛猛進的發(fā)展，被各溺專 家學者視為人類社會的第二次電子革命。由于開關電源在重量，體積及能耗等 方面都比線性電源有顯著減少，因此近年來許多領域，如郵電通訊，軍事裝備， 交通設麓，儀器儀表，工業(yè)設備等褥到廣泛運角。開關電源是集電力變換、現 代電子、自動控制等多學科的邊緣交叉技術，其中d c d c 變換器是它的核心。 d c - d c 變換器將輸入的直流電壓，經過高頻斬波或高頻逆變后，通過憋流和濾 波環(huán)節(jié)，轉換成所需要的意流電壓。d c d c 交換器作為開關電源中的熏要核心 組成部分，人們對其憔能、重量、體積、效率和可靠性也提蹦了更高的要求。 2 0 世紀9 0 年代以來我國電力電子投術和開關電源產業(yè)獲得了快速發(fā)展，尤其 是近年來，隨著功率器件的更薪換代、新型電磁材料的使用、功率變換技術的 進步、新的控制理論和軟傳不版涌現，使撂贏效率、高功率密度、高質量輸出 和高可靠性成為d c - d c 變換器不斷追求的目標，同時也使這一目標的實現成 為可能。 1 1 電力電子技術的發(fā)展方向 高頻電力電予技術怒邀力電子學的一個螢疆發(fā)展方向。開關元器件的商頻 化是亳頻瞧力電子學豹罄礎，功率場效應晶體籬( m o s f e t ) ，絕緣搬雙極性晶 體管( 1 g b t ) 和場控晶聞管( m c t ) 融成為現代高頻電力電子學的主要開關器 件。菲晶、微晶磁芯和黼額鐵氛體也取得了耋霪的進展。電力電子變換器電路 籀卦豹發(fā)震是齏頹電力窀予學靜勇個重蔡方蕊，諧振變換囂( r e s o n a n t c o n v e r t e r ) 、準諧振( q u a s i r e s o n a n tc o n v e r t e r ) * 1 多諧振( m u l t i r e s o n a n tc o n v e r t e r ) 交換技術，零意趲開關p w m ( z e r o v o l t a g e s w i t c h i n gp w m ，z v s p w m ) 幫零魄漉 牙關p w mf z e r o c u r r e n t 。s w i t c h i n gp w m ，z c s p w m ) 技術，零電壓轉換 ( z e r o 。v o l t a g e t r a n s i t i o n ，z v t ) 窩零泡滾轉換( z e r o 。c u r r e n t 。t r a n s i t i o n ，z c t ) 技 術，以及諧振磨流環(huán)節(jié)逆變器( r e s o n a n td el i n ki n v e r t e r ，r d c l i ) 技術等部分絨全 幫窳理了交換器中靜功率囂 孛豹零毫糕開關( z e r o v o l t a g e s w i t c h i n g ，z v s ) 藏零 電i f ；i 開關( z e r o c u r r e n t s w i t c h i n g ，z c s ) ，克服了脈寬調制型功搴開關蟄開關攢耗 隨開關頻攀戲正瓏增搠的缺點，使功窶囂饞黲開關叛露大大零至l 提離。電力邀 予變換器的商頻化和小裂化、模塊化怒緊密相差的，雨這又與變換器的高效率 和結構的您絕緣一隧能與鼴導熱性能聯系在一起。盈掰贏頻電力電子技術是隧離 頻開關器件和元件、零電壓或零電流開關電路拓撲和裝鬣的縮構、材料與工藝 的發(fā)展弼發(fā)展的。 1 2 直流變換器的分類與特點 直流變換器有非隔離型和隔離型兩類。非隔離直流變換器有六種基本類型， 即降壓( b u c k ) 變換器、升壓( b o o s t ) 變換器、升降壓( b u c k b o o s t ) 變換器、 庫克( c u k ) 變換器、瑞泰( z e t a ) 變換器和賽皮克( s e p i c ) 變換器。其中最 基本的兩種電路是b u c k 變換器( 降壓斬波變換器) 和b o o s t 變換器( 升壓斬波 變換器) ，其余四種變換器則由它們派生而來。 隔離型直流變換器主要有單管正激變換器( f o r w a r d ) 和反激變換器 ( f l y b a c k ) ，雙管正激( d o u b l et r a n s i s t o rf o r w a r dc o n v e r t e r ) 變換器、雙管反激 變換器( d o u b l et r a n s i s t o rf l y b a c kc o n v e r t e r ) 、推挽變換器( p u s h - p u l i c o n v e r t e r ) ， 半橋變換器( h a l f - b r i d g ec o n v e r t e r ) ，全橋變換器( f u l l b r i d g ec o n v e r t e r ) 等，三電 平直流變換器( t h r e e l e v e lc o n v e r t e r ) 是近年來興起的一種新的拓撲結構，它的特 點是每個橋臂由四只開關器件組成，該變換器的開關應力為輸入直流電壓的一 半。功率開關管的電壓和電流一定時，變換器的輸出功率通常與所用功率開關 管的數量成正比，即四管全橋直流變換器的輸出功率是半橋直流變換器的兩倍， 是單管直流變換器的四倍。因此三電平d c d c 變換器在直流變換器中是輸出功 率最大的一種，同時它還解決了低電壓開關器件難以用于高壓場合的問題。 按開關管的開關條件，直流變換器可分為硬開關( h a r ds w i t c h i n g ) 和軟開 關( s o f ts w i t c h i n g ) 兩種。硬開關直流變換器的丌關器件是在承受電壓或電流 的情況下接通或斷開電路，因此在開通或關斷過程巾伴隨著較大的損耗，即所 謂的開關損耗。變換器工作狀態(tài)一定時，開關管開通或關斷一次的損耗也是一 定的，因此開關頻率越高，開關損耗就越大。同時，開關過程中還會激起電路 分布電感和寄生電容的振蕩，帶來附加損耗，因此導致硬開關直流變換器的開 關頻率不能太高。軟開關直流變換器的開關管在開通和關斷過程中有兩種方式， 一是加于開關管上的電壓為零，即零電壓開關( z e r o v o l t a g e s w i t c h i n g ，z v s ) ， 二是通過器件的電流減少為零，即零電流開關( z e r o c u r r e n t s w i t c h i n g ，z c s ) 。 這種軟開關方式顯著的減少了開關損耗和開關過程中激起的振蕩，有效的減少 了e m i ，可以大幅度地提高開關頻率，為變換器的小型化和模塊化創(chuàng)造了條件。 功率場效應管( m o s f e t ) 有高的開關速度，但同時也有較大的寄生電容，它關 斷時，在外電壓作用下其寄生電容充電。如果在它開通前不將這部分電荷放掉， 則將消耗于器件內部，這即容性開通損耗。m o s f e t 宜采用零電壓( z v s ) 開 通方式以減少這種損耗。絕緣柵雙極性晶體管( i n s u l a t e dg a t eb i p o l a r t r a n s i s t o r i g b t ) 是一種復合器件，關斷時的電流拖尾會導致較大的關斷損耗，如果在關 斷前使通過它的電流降為零，則可以顯著的降低關斷損耗，因此i g b t 宜采用 零電流( z c s ) 關斷方式。 1 3 三毫平直滾變換器 1 3 ，l 三電平壹濾交換器豹提如 電力電子設備在工作中都不可避免的彝電網輸入諧波幫無功電流，整隨著 通訊、計算機行業(yè)的蓬勃發(fā)展，電源設備具有更好的環(huán)保性能成為電力電子技 術的一個重要的發(fā)展方向，一些世界性的學術組織和國家還頒布和實施了一些 輸入電流的諧波限制標準。為了達到國際標準的要求，攥到好的環(huán)絳性能，減 少電源設備對電網的諧波污染，就要引入功率因數校正技術( p o w e rf a c t o r c o r r e c t i o n p f c ) 。有源功率因數校正技術是抑制諧波污染和無功電流的有激手 段，得到了廣泛的研究和應用。中、大功率的高頻開關電源般為3 8 0 v a c 輸 入，整流后的直流母線電壓會崗達6 4 0 v 左右，經過三棚b o o s t 型功率因數變 換器輸出的直流電壓般高達7 6 0 v 1 0 0 0 v 。這大大增加了后級變換器開關管 的電壓應力，很難選擇合適的開關管。i 9 8 1 年，鞠本的a k i r an a b a e 教授提出 了中點耱位逆變器( n e u t r a l p o i n t c l a m p e di n v e r t e r ，n p c 逆變器) ，如圖l + l 所 示。它是在傳統(tǒng)的三相橋式逆變器中增加了如圖所示的兩個分壓電容，在每個 橋臂增加了兩只開關管和兩只中點箝位二極管。該逆變器每個橋臂的輸出可得 到、班。2 、0 三個瞧平，邈此也穩(wěn)為三電平逆變器( t h r e e l e v e li n v e r t e r ，t l 逆變器) 。與兩電平逆變器( 傳統(tǒng)的逆變器每個橋臀只能輸出k 。和0 兩個電 平) 相比，t l 逆變器開關管的電壓斑力為輸入電壓的一半。 c 圖1 1 t l 逆變器 1 3 。2 三電平直流變換器的分類 隨著人們對電力彀子裝置的電壓等級和功率等級不皈提癱，多電平變換器 作為順應這一潮流的一種解決方案，正受到越來越多的關注。另一方麗，高頻 化是電力電子學一直追求的目標，伴淹高頻化，功率器件的開關損耗闖題成為 一個日蕊突出的矛盾，由此軟開關技術應運雨生。它成為降低開關損耗，減少 電磁干擾( e m i ) ，提高系統(tǒng)效率的一個重要手段，因此，結合三電平及軟開關 技術，研究產生了各種不同拓撲的三電平軟開關直流變換器。 根據不間分類方式三電平軟開關_ 鞲流變換器主要有四種類別： ( 1 ) 瓣離與非隔離 隔離式t l 變換器包括：半橋( h a l f - b r i d g e ) 、全橋( f u l l - b r i d g e ) 、正激 ( f o r w a r d ) 、反激( f l y b a c k ) 、推挽( p u s h p u l l ) 和復合式等。 囂隔離式t l 變換器包括# b u c k 、b o o s t 、b u c k - b o o s t 和c u k 等。 ( 2 ) 贏朋范圍分為三電平功率閡數校正電潦和三電平直流變換電路。 ( 3 ) 軟開關的實現方式可分為零電壓( z e r o v o l t a g e s w i t c h i n g ) 和零電壓 零電流( z e r o v o l t a g ea n dz e r o c u r r e n t s w i t c h i n g ) 。 ( 4 ) 控制方式可分為移相控制 l 。k 2 ，k 楚變壓器原、副邊蕊比。 ( a ) 主電路 i。一 v t 4 li v t l t t 2：ll ：v t 3 ：1 、 ii ii k ：y 一 粼 ii li i 卜l ： l i i 廠 - 、繃1 ：一 、 i il li t o t l 惶t 3 4 t 5 t 6t 7 餉 t 日“o ( b h ：作波形 幽2 - 3 典恥z v s t l 變換器主電路和i ：作波形 模式0 模式2 2 模式 模式3 啼 一 v 模式4 模式5 模式6模式7 鶩2 4 ： ：作模式等效電路 1 模式0 【t o 時刻之前】 t o 時刻之前，開關管v t l 、v t 2 導通，原邊電流，。流經c b i 、v t l 、 v t 2 、諧振電感l(wèi) k 、變壓器的原邊繞組，再回到c b ，。 副邊電流隧路為：副邊繞組正端，經整流管d 小輸出濾波電容c o 與受載 r o ，回到副邊繞組負端。 2 模式1 t o ，1 】 t o 時刻關斷v t ，。從v t l 轉移至c l 、c 4 支路中，給c 充電，羼時c 4 經 電容c 。；放電，下降，副邊電壓也相應降低，二極管d 。2 的節(jié)電容c d ，2 放電。 在此過稷中，濾波電感電流，可看作為一個恒流源。此時，電路可以等效如圖 2 5 所示。c d 為關斷二極管d ，2 節(jié)電容季廳算至辣邊的等效電容，五建手廳葬至原邊 的濾波電感電流，即t o 時刻原邊電流，d ，2 是d ，2 折算至原邊的副邊等效二極管。 r 一1 “”2 蠆瓦1 卜t o ) m i i 瓦赫s i n q ( t - t o ) 。 哪) = 警一矗付_ 瓦麗c d s i n c o t ( ) 2 ) 2 矗小轟1 c o s c o t - ( h 0 ) ( 2 。3 ) 其中一援舞 由于有c l 、c 4 ，v t l 是零電壓關斷。到t l 時刻，v c 4 降到零，= 0 ，d s 自然導通，v t 。的反并聯二極管d 4 自然導通，此時可零電壓開通v t 4 ，開關模 態(tài)1 結束。 為了保證節(jié)電容c 4 的電壓在超靜橋臂死區(qū)時間t d 內降到零，讓即將開遞的 開關管v t 4 順利實現z v s ，完成從v t l 到v t 4 的換流，t d t 0 。l 。 3 模式2 【t l ，t 2 】 在此模態(tài)中，屹= 0 ，d ，2 的節(jié)電容c d ，2 繼續(xù)放電，電路可以等效為圖2 3 。 l ，( f ) ： 一旦! ；墮2 s i n 0 2 ( f 一 ) + 【( f 1 ) - 1 1 】c 。氈9 一f 1 ) ( 2 4 ) 酢- 。( f ) = k 。( ) c o sc a 2 ( t 一 ) + ( ) 一】z j c o s 0 ) 2 ( t f 1 ) ( 2 - 5 ) 舯，噸= 壓，乃= 層 t 2 時刻，k 。= 0 ，d r 2 囊然導逶。模態(tài)2 持續(xù)時問為 軋。= 擊砌殺， ( 2 ，6 ) 圖2 ，5 模式1 等效電路 4 模式3 t 2 ，t 3 】 圖2 6 模式2 等效電路 此時，v t 4 已經零電壓開通，但v t 4 并無電流流過，流經v t 2 ，諧振電 感l(wèi) k 、變壓器原邊繞織、繼滾二極管d 5 ，此時b = 0 。i 。處于鑫然繼流狀態(tài)。 副邊兩個整流管同時導通。 ，( r ) = ，( f 2 ) ( 2 ，7 ) s 模式4 t 3 ，t 4 】 t 3 時刻，v t 2 關斷，此時，。給c 2 充電，同時電容c 3 通過c 。放電。由于 有c 2 、c 3 ，v t 2 零電艉關斷，當c 3 電壓降至零( t 4 時刻) ，d 3 自然導通。 4 ? 。一l p ( & ) c o s c o j ( t f 3 ) ( 2 8 ) ( f ) = z p ，p ( t o s i n ( t t 3 ) ( 2 _ 9 ) k 。( r ) = 配。2 一z ，p ( 如) s i n c o t t 3 ) ( 2 - 1 0 ) 蕊專，國3 = 、| 2 毛k e4 ，zp = l e i 2 cp 該模態(tài)的時脅= 扣矬。揣( 2 - t 1 ) 6 。模式5 t 4 ，糾 t 4 時刻，d 3 垂然導遙，將v 乳警的電壓籍位予0 ，此時可以零電壓開邋v t 3 。 v t 2 與v t 3 之瀾囊確信號之闋熬死醫(yī)辯闋t d t 3 4 ，她蹲! 。不足叛提供燕載電滾， 裂逸囂令整滾騖幫導通，強魏變透精裂邊縫綴憊壓為零，霖邊繞綴憊壓邃為零， 這樣電源2 直接搖在諧振嘏感兩端，i p 線性下辮： ，o ) = ，p ( ) 一爭o f 4 ) ( 2 _ 1 2 ) 爨t 5 聰亥，j 。下降虱零，二綴營d 撲d 4 巍然莢蘩，v t 3 、v k 中將滾過 毫濂，開關模愨5 戇懿溪雋： 。，。掣 ( 2 - 1 3 ) 7 。模式6 ( t 5 ，t 6 】 奄時刻，。崮燕蓬過零，且趣受方淘璞長，熊孵，v t 3 、v t 4 為? 。掩供逯鼴， 由于j 。氆不怒叛攆爨受載邀浚，受載堍滾爨巒璃個整滾蓑援揆霹爨，瓣忿，援 邊繞緞電壓為零，加在諧振電感兩端的電壓為。2 ，i p 線性下降。 叫歸去”哪 ( 2 1 4 ) 窩t 6 澍 刻，f 。下蹲至輯算劐鬏邊鶼受羧醞濾一，。，( 6 ) k ，該開關模卷續(xù)索， 挖囂重整流管d ， 關繇，d 2 濠過全幫負載毫流。開關攘態(tài)5 持續(xù)簿勰為； k：型些堅(2-15)6 f 5 。2 號篇一 y ，上 8 模式7 t 6 ，t 7 】 t 6 對刻，整渡管d ，1 關斷，秘，2 繼續(xù)導邋，戴時諧振毫感與關激熬滾二援警 戇節(jié)遺容c d ， 諧攘，等效電籍鱺強2 7 瑟承。 為了降低輸蹬整流管上的魄藤振蕩，一般簧磺熱r c 吸收麟絡。程t ，對刻， 電路進入穩(wěn)庭狀態(tài)，電容c d ，i 上的電愿為k ，j 。降至折算至蹶邊韻濾波電 感電流。 v 圈2 ，7 模式7 等效電路 9 模式8 t 7 ，t s 在這段時間里，電源攬供負載。穩(wěn)定后的舔邊電流為： 一警嗇讒) 沼1 6 ) t 8 時剿，v t 4 關斷，開始另一個半周期，工作鯀理類似于上述的半個周期。 2 3 典型z v s - t l 直流變換器存在問題的探討 2 。3 1 實現z v s 的條件 麥上述獒墼z v s 。王l 交羧耩工豫囂毽斡分搴霆蠆戮躲遘，簧實疆開關管夔零 電匿開通，必須有足夠鵑魂懣能量采摘走將要開通的開關管節(jié)電容( 或外部酣 艇電容) 上的電蓰，并繪將騷關斷豹開關管節(jié)電容( 或終部附煳恕容) 充電。 同時，考慮到變壓器的原邊繞組電容，還要一部分能量來抽迮變壓器原邊繞組 寄生電容c t r 和整流二極餐拼算到原邊豹節(jié)電容e d 上的電荷。即必須滿足下 式： 7 - l t 蹦) 2 + 吉q ( 警) 2 十瓤2 譬蠅t v i n 2 ( 2 - 1 7 ) 考慮到開關管m o s f e t 不并聯外接電容，只是利用它自身的結電容來實現 z v s ，圓辯練臺考慮m o s f e t 漆節(jié)邀容是一個囂線性電容，其騫馕是愛眈于其 硬壤電鬟戇乎方鼴，慧要菜個系數4 1 3 。囂； 囂 c 譬螞，等 2 3 2 超前管實現z v s 與饞繞貔移攘全舔窀路櫸，鼴令援籬實璦零電壓秀= 關懿祭捧是不大提嗣 鶼。超蘺警容易蜜現z v s ，密土瑟辯工終敬態(tài)熬分輯，在趣翦開關管開關過程 中，輸出濾波電感輯算譴裂2 五，是與諧振電感k 串聯的，此時罔沫實瑰z v s 的 能量是兩電膊能鬃和。一般泉說，輸出濾波電感l(wèi) f 很大，即足2 五，很大，在超 前管開關避襁中，其上的電流避似不變，類似個恒流源。這個能量很容易滿 是上式豹要求。 2 3 3 滯后管實現z v s 滯后管要實現z v s 比較困難，見開關模態(tài)4 分板。因為在滯盾管的開關過 程中，變壓器副邊是短路的，此時整個變換器就被分為兩部分，一部分是原邊 電流逐漸改變流通方向，其流通路徑由逆變橋提供，另一部分是負載電流由整 流橋提供繼滾溷路，負載鍘與變壓囂原邊沒有關系。側婦，要實現滯器管v t 3 的z v s ，必須有足夠的能嫩用柬抽走將要開通的開關管v t 3 的節(jié)電容c 3 上的 能量，同時還要給關斷的開關管v t 2 的節(jié)電容充電。即： e 1c + 烈等) 2 鳴等( 2 - 1 8 ) 同時考慮到m o s f e t 管的節(jié)電容的非線性，凝e 個系數4 3 ，上式可寫 ( 2 1 9 ) 由開關模態(tài)4 可以看出，此時用來實現z v s 的能量只是諧振電感中的能量， 如果不滿足式( 2 - 1 7 ) ，則無法實現z v s 。而諧振電感的電感值相對與濾波電感 等散至原邊的電感值來說小的多，也就是說，與超前管相比，滯后管要實現z v s 困難的多。這是此典型z v s t l 變換器的固有缺陷之一。實現滯題管豁z v s 的 條件為： 1 l x l p ( t 3 ) 2 j 4c p ( ( 笥+ 扛 解決滯囂橋劈難實現z v s 豹基本方法有幾點： 增加勵磁電流 對于一定的諧振電感l(wèi) k ，必須有一個最小的，值ip m i 。來保證諧振電感l(wèi) k 中的能攝寺，。2 能實現z v s 。文獻 1 4 】提出了用增加勵磁電流k 的辦法實現 z v s ，實際上就是提高，。由于增加了勵磁電流如，使得原邊電流在負載電 流的基礎上多了一份磁磁瞧流，因焉藤大了它豹最大電流1 壹。但是，增大j 。， 不但會增大通態(tài)損耗，同時也增大了變壓器的損耗。因此在勵磁電流的選取上， 應充分考慮器件和變壓器損耗。 增大諧振電感 由于勵磁電流與負載無關，因而在輕載時，變換器的效率很低。實現z v s 的另一種方式就時增加諧振電感。在一定的負載范圍內實現z v s ，可以知道個 豎， p cf 為 最小的負載電流，根據這個電流，忽暗藏磁電滿，霹得翼i 。愛，l 、馕j 。根據 這個，。計簿出所需的最小諧掇電感。 改用z v z c s 可以從根本上解決這個問題。它可以使兩只超前管實現 z v s ，兩只滯屠管實現z c s 。這是本瀠趣之聰戳提出采用次繳塌臺電感的 z v z c s p w m 三電平交換囂酌蘸霾。 商對巍熱型z v s t l 變羧器中滯盾耩瞽諧鞭j 箜程中，由予變藤器副邊短籍， 初級電流儀流過諧振電感不向負載提供能鬟，并形成環(huán)流，大電流的環(huán)流將引 起通態(tài)損耗。 2 。3 4 副邊占空魄丟失闖題 割逑占空曉戇丟失是z v s 。p w m 三毫平燮捩瓣中一個重要懿蕊象。溪酒囂 邊占空眈鬣失，就是說副邊靜有效占空比皿。小于原邊的占空姚d r ，幫： d 。，其差鎮(zhèn)就是副邊露散占空院丟失b 。a 副邊占突比螽失的原爨是：存在原邊電流從正向( 或受向) 炎化到負向( 或 正向) 負載電流的時聞。在邀段時聞里，雖然原邊商正電壓方波( 或負電壓方 渡) ，整怒濺迭不是籃提安受竣魄滾，剝逸整渡攜瓣輯套二極管譬逶，受載燕子 繼流獲愨，箕囂臻邀囂灸零。遮徉戮透裁丟失了遮部分邀壓方波。在髫2 一l ( b ) 中，陰影部分就是副邊丟失的電壓方波，這部分時間與二分之一開關周期的比 值就是副邊占空比丟失d 。一即： d ，：k ：奠= 生! ! = 叁= ?！?2t 2 出于。綴，j 、，霹懿忽穩(wěn)，同囂季攘擺式( 2 - 1 3 ) 、式( 2 - 1 5 ) ，上式可變?yōu)椋?見。：竺燮裝罌巡 ，m v 膩該式可顫惹出：l k 越大，瑗。越大；受羧越犬，逸。越大；v i 。越低，嘎。 越大。 p 。豹產生篌減少，為了在受載土得鄹繇簧求茲輸出電聰，就必須減少 原嗣邊的隧沈。而匝眈的減少，帶來了兩個閥鼷；個方面，原邊的電流增加， 開關管的魄濂峰值要增加，邋愨損耗辦瑟大：另方靄，副邊整流蟒的弼