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文檔簡介
1、射極激勵(lì)式準(zhǔn)諧振反激變換器摘要:針對RCC型變換器存在的開關(guān)損耗問題,提出了對電路參數(shù)和磁路參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)的方法射極激勵(lì)技術(shù),使雙極性晶體管無二次擊穿機(jī)理,功率處理能力僅取決于結(jié)溫的限制。關(guān)鍵詞:無損耗諧振 零電壓開關(guān) 射極激勵(lì) 安全工作區(qū)域RCC(Ringing Choke Converter)型反激變換器,一直以其簡單、性能價(jià)格比優(yōu)越而受到人們的青睞,由于它需要一只高壓開關(guān)管,在開通和關(guān)斷時(shí)存在較大的損耗。雙極性晶體管還受二次擊穿的限制,相對橋式電路而言,功率處理能力較小。對傳統(tǒng)的RCC型變換器進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn),電路由截止?fàn)顟B(tài)向?qū)顟B(tài)過渡時(shí)(L1和C1串聯(lián)諧振期間)諧
2、振損耗太大,導(dǎo)致了開關(guān)管容性開通損耗。通過對電路參數(shù)和磁路參數(shù)的統(tǒng)一設(shè)計(jì),使諧振回路處于無損耗狀態(tài)和基極激勵(lì)的自適應(yīng)跟蹤控制,從而獲得零電壓開關(guān)(ZVS)。高壓雙極性晶體管的功率處理能力通常受兩個(gè)因素的限制:平均結(jié)溫和二次擊穿。采用文獻(xiàn)2提出的射極激勵(lì)技術(shù),在這種關(guān)斷方式下,無二次擊穿機(jī)理,安全工作區(qū)域(SOA)為一矩形(由Ic和Vcbo組成),其功率處理能力可擴(kuò)展到千瓦級(jí)水平。1無損耗諧振原理圖1所示為變換簡化原理圖,電路接通后,輸入電壓Vi通過R1,BG2先向C2充電,當(dāng)C2上電壓達(dá)0.6 V時(shí),再流向BG1的be極(假定K1已關(guān)閉),BG1導(dǎo)通形成Ic1電流,開關(guān)變壓器T1感應(yīng)出電壓(有
3、點(diǎn)的端為負(fù)),反饋繞組電壓Vn2和Vc2疊加,使BG2處于恒流工作狀態(tài),BG1維持飽和導(dǎo)通,T儲(chǔ)能,一段時(shí)間后,K1斷開,BG1的Ic1經(jīng)b1極向D3和D4方向流動(dòng),使BG1形成反向關(guān)斷電流。電路關(guān)斷后,T1感應(yīng)電壓極性翻轉(zhuǎn)(有點(diǎn)的端為正),Vn2通過D1,R2,BG2的ec極(BG2反向飽和導(dǎo)通)向C2充電,使C2保持一定的電壓。在截止期間T1向負(fù)載釋放能量,當(dāng)磁能放完后,C1通過開關(guān)變壓器初級(jí)電感L1向Vi放電,即C1和L1串聯(lián)諧振,半個(gè)諧振周期后C1上電壓達(dá)到最低點(diǎn),這時(shí)BG1可重新導(dǎo)通,因此由BG2組成的恒流源電路,從反向激勵(lì)翻轉(zhuǎn)到正向激勵(lì),也應(yīng)同樣延遲上述半個(gè)諧振周期的時(shí)間,才能使B
4、G1導(dǎo)通,由于D1選用了低頻二極管,利用其電荷累積效應(yīng)形成的短時(shí)反向通路,可達(dá)到延遲激勵(lì)BG1的目的,即基極激勵(lì)具有跟蹤性。圖1無損耗諧振原理圖要使電路滿足零電壓開關(guān)(ZVS)特性,C1上的電壓不僅要達(dá)到最小值,而且還要減小到零,實(shí)現(xiàn)無損耗諧振,其條件是:N2繞組幅度取3 V(PP),若開關(guān)變壓器1匝的幅度大于該值,則必須插入匹配變壓器,因?yàn)楦袘?yīng)電壓幅度越小,諧振損耗就越??;調(diào)整開關(guān)變壓器初次級(jí)匝數(shù)比,使開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不低于截止時(shí)間,即ToffTon。根據(jù)電感的伏秒平衡特性,在L上有VonVoff,等號(hào)為最佳諧振狀態(tài),當(dāng)Von(即Vi)較低時(shí)開關(guān)管先反向?qū)ㄒ粫?huì)兒,再轉(zhuǎn)為正向?qū)顟B(tài)。在上述條件
5、下,激勵(lì)回路的損耗已經(jīng)降低到最小程度。在諧振的前半部分是電能磁能的轉(zhuǎn)換,由于BG2組成的恒流源電路在翻轉(zhuǎn)時(shí)有一個(gè)較大的過沖電流,使T1儲(chǔ)存的磁能較多;而后半部分為磁能電能的轉(zhuǎn)換時(shí)這個(gè)過沖電流已衰減為恒流值,感應(yīng)電壓諧振到對稱點(diǎn)時(shí),變壓器釋放的磁能小于儲(chǔ)存的磁能,多于的磁能會(huì)使感應(yīng)電壓幅度進(jìn)一步升高,如圖2所示,A點(diǎn)電壓幅度大于B點(diǎn)。如果把這一過沖電流看成是容性(激勵(lì)繞組為感性電流),在諧振的前半部分,回路的容性值較大(電流大);在其后半部分,則容性值較?。娏餍。?,當(dāng)能量轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),最終感應(yīng)電壓幅度就會(huì)大于初始值。眾所周知,高頻二極管在導(dǎo)通時(shí),同樣有電荷累積效應(yīng),在開始截止時(shí),也會(huì)形成瞬時(shí)反向
6、電流(反向恢復(fù)期。因此,無損耗諧振現(xiàn)象,是由激勵(lì)回路和次級(jí)整流回路共同產(chǎn)生的。圖2L1兩端電壓波形2電路特點(diǎn)圖3為準(zhǔn)諧振變換器原理圖,為進(jìn)一步提高效率,在激勵(lì)回路中,插入電流互感器T2,作為BG1的比例電流激勵(lì),BG1在導(dǎo)通期間處于準(zhǔn)飽和狀態(tài),關(guān)斷損耗可降至最低,同時(shí),電路的控制靈敏度也顯著提高,具有開路工作的能力。圖3射極激勵(lì)式準(zhǔn)諧振變換器原理圖開關(guān)變壓器不可避免地存在漏感與分布電容,其中分布電容可參予諧振,不形成損耗。D5,C3,R3組成箝位電路,吸收由漏感儲(chǔ)能形成的振鈴過沖,D5選用低頻二極管,利用振鈴周期遠(yuǎn)小于開關(guān)管截止時(shí)間,這樣漏感儲(chǔ)能通過D5先轉(zhuǎn)變?yōu)镃3中的電能,然后C3電能又通過
7、D5(反向?qū)ǎ┓祷豑1,使T1形成短時(shí)正激變換器模式,R3的大小與D5恢復(fù)特性有關(guān)。這種箝位電路具有削峰和傳輸漏感儲(chǔ)能雙重功效。通常,二極管反向恢復(fù)問題,是導(dǎo)致開關(guān)器件容性開通損耗的主要因素之一。然而在本電路中,通過精心設(shè)計(jì),巧妙地利用二極管反向恢復(fù)特性來消除開關(guān)器件容性開通損耗,其特點(diǎn)是:不需要輔助換相電路和磁性緩沖器件;利用諧振實(shí)現(xiàn)換相與負(fù)載無關(guān),可開路工作;變換器效率和開關(guān)器件的利用率(參考文獻(xiàn)3)均大于傳統(tǒng)RCC型變換器,在TonToff時(shí)(標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓),開關(guān)器件的電壓、電流應(yīng)力的乘積最小,從而擴(kuò)大了功率處理能力。該變換器的主要數(shù)據(jù)為:BG1為2SD1403,其Vi300 V,Vo
8、125 V,Po250 W, fs30 kHz,變換器效率大于93,在傳統(tǒng)的RCC型變換器中,2SD1403開關(guān)管僅用于輸出功率為50 W的電路中(如三洋18英寸彩色電視機(jī)),由此可見,該變換器將開關(guān)管的功率處理能力提高了5倍。準(zhǔn)諧振變換器,工作于零電壓開通,大電流關(guān)斷模式,C1容量越大,電壓緩升作用就越明顯,考慮到開關(guān)管基極的跟蹤性,L1和C1的諧振時(shí)間是相對固定的(占開關(guān)周期的1015),這樣L1的取值就有限制,若輸出功率小于300 W,用橋式整流方式,以保證L1的取值較小,若輸出功率大于300 W,應(yīng)選用倍壓整流方式(Vi 600 V),由于BG1集電極電流比橋式整流方式減半,進(jìn)一步提高了效率。3結(jié)論通過對電路和磁路參數(shù)的統(tǒng)一設(shè)計(jì),靈活應(yīng)用半導(dǎo)體器件的非理想特性,實(shí)現(xiàn)了無損耗諧振和傳輸漏感儲(chǔ)能。這一特性的發(fā)現(xiàn),使RCC型變換器的功率處理能力,突破了傳統(tǒng)概念上的限
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