本文關(guān)鍵詞：高頻電力電子電路之無源軟開關(guān)技術(shù)的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第 10卷

第 2期

集美大學學報 (自然科學版 )
Journa l o f Ji e iU n ive rsity( N atura l Sc ience) m

V o.l 10 N o 2 . Jun 2005 .

2005年 6月

[ 文章編號 ] 10

07- 7405( 2005) 02- 0134- 08

高頻電力電子電路之無源軟開關(guān)技術(shù)的研究
林 周 布
(福州大學電氣工程與自動化學院, 福建 福州 350002)

[ 摘要 ] 引入了側(cè)重 物理意義的類比分析方 法. 通過 對電路與 開關(guān)狀 態(tài)的類 比分析, 導出了具 有開關(guān) 狀態(tài)互補的無源軟開關(guān) 新技術(shù). 對其在 Boo st變換 器的應 用電路進 行了理 論分析 與實驗 測試, 結(jié)果 證明該 新技術(shù)除了能有效地對 開關(guān)元件進行緩 沖外, 還 具有暫態(tài) 能量再 生簡單、 有較寬的 軟開關(guān) 工作 條件 范圍、 較低的成本與較低的電 壓尖峰性能. [ 關(guān)鍵詞 ] 電力電子電路; 類比分析; 軟開關(guān); 無源 [ 中圖分類號 ] TM 46 TN 71 ; [文獻標識碼 ] A

0 引言
由于功率電子器件開關(guān)狀態(tài)的受控制特性、半導體器件的非理想化開關(guān)行為以及電路寄生與分布 參數(shù)等作用, 導致電子器件在開關(guān)暫態(tài)中出現(xiàn)了硬開關(guān)效應, 即在開關(guān)過渡時間, 電壓或電流會出現(xiàn) 高變化率的脈沖峰, 同時兩者還有很大的波形交疊區(qū). 因此, 硬開關(guān)必然造成電路損耗大、電磁干擾 嚴重、可靠性降低, 而且這種電路缺陷在較高頻率下更加嚴重. 傳統(tǒng)的有損緩沖技術(shù) ( snubber) 雖 然減輕了硬開關(guān)效應, 提高了器件的可靠性, 但是由于緩沖能量要用附加的大功率電阻直接消耗掉, 因此不但不能解決電路損耗大這個根本缺陷問題, 而且緩沖能量要通過開關(guān)器件對電阻器泄放, 還帶 來開通損耗較大等缺陷問題. 解決硬開關(guān)缺陷的有效方法是用軟開關(guān)電路
[ 1~ 3 ]

. 現(xiàn)有的軟開關(guān)技術(shù)分

為兩大類, 其一為有源變頻諧振型軟開關(guān)技術(shù); 其二為恒頻 P WM (脈沖寬度調(diào)制 ) 緩沖型軟開關(guān)技 術(shù). 緩沖型軟開關(guān)技術(shù)又可以再分為兩小類, 一小類為有源 PWM 軟開關(guān)技術(shù), 其技術(shù)特征是要附加 輔助有源開關(guān)與二極管、電感器、電容器等無源無損元件, 結(jié)合特定的控制電路, 由輔助有源開關(guān)控 制諧振網(wǎng)絡(luò), 使開關(guān)在暫態(tài)換流期間為零電壓與零電流式的雙零開關(guān), 因此軟開關(guān)效果較好; 另一類 為無源軟開關(guān)技術(shù), 其電路特征是全部以附加的無源無損元件構(gòu)成軟開關(guān)電路, 除了能強化開關(guān)器件 的過渡緩沖, 達到零電流開通與零電壓關(guān)斷外, 還能使開關(guān)換流期間發(fā)生的暫態(tài)能量得到再生利用. 雖然無源技術(shù)所得到的軟開關(guān)效果不如有源技術(shù)好, 但它的電路較簡單, 而且不需額外的控制電路, 也不必改變原有的 P WM 控制模式, 這就不會因附加了軟開關(guān)電路而帶來成本的較大提高與可靠性的 降低等難題. 存在有電感器、電容器元件的變換器電路, 恒頻 PWM 控制方法較變頻控制方法優(yōu)越; 因此, 從性價比來考慮, 無源軟開關(guān)技術(shù)可能是軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢
[ 4]

.

附加的軟開關(guān)電路必然提高了電路的復雜度, 因此有必要研究無源軟開關(guān)電路的拓撲理論. 文獻 [ 5] 通過對無源無損元件特性的分析, 結(jié)合圖論知識, 分析可能構(gòu)成的緩沖電路及其能量再生電路, 用電路綜合方法獲得無最小電壓應力 ( non- MVS)
[ 6]

與有最小電壓應力 ( MVS)

[ 7]

兩大系列無源軟開

[ 收稿日期 ] 2004- 11- 04 [ 基金項目 ] 福 建省自然科學基金項目 ( A 0210010) [ 作者簡介 ] 林 周布 ( 1952- ), 男, 副教授, 從事高頻電力電子技術(shù)及其應用的研究.

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關(guān)電路元胞, 再插入到電力電子硬開關(guān)電路中去. 其元胞電路特點是要附加一個大容量電容器 C b 作 為較低電壓的中介源 U b ( t) , 來協(xié)助完成開關(guān)暫態(tài)緩沖及其能量再生功能, 因而, 緩沖能量的再生復 位不能直接完成, 暫態(tài)能量的傳輸次數(shù)較多, 電路參數(shù)相互影響較大, 設(shè)計較困難, 而且這種方法突 出了數(shù)學作用, 使得物理意義不清晰. 文獻 [ 8 9] 分別采用稱之為系統(tǒng)研究方法與結(jié)構(gòu)化研究方 , 法, 以文獻 [ 10] 提出的軟開關(guān)電路作為元胞, 并以其分別在兩個不同輸入輸出電壓關(guān)系的基本非 隔離型 DC /DC 變換器上的應用為基礎(chǔ), 分析由此構(gòu)成的兩級軟開關(guān)電路的級聯(lián)網(wǎng)絡(luò), 再進行網(wǎng)絡(luò)簡 并而構(gòu)成一級軟開關(guān)電路, 主要缺點是推導過程復雜, 而且僅以一個無源軟開關(guān)元胞為基礎(chǔ)做研究有 其特殊性, 共性不足. 必須指出, 上述研究都是以電路觀點來進行的, 存在著忽視電磁場作用的研究 缺陷. 在高頻軟開關(guān)技術(shù)中, 由于電路工作頻率較高, 因此必須限制涉及電磁場效應的電路拓撲. 即 不應發(fā)生如下現(xiàn)象: 1) 暫態(tài)能量由于間接再生而復位, 需要在電路中多次傳輸; 2) 持續(xù)時間較長 的電流環(huán)路; 3) 電壓或電流對時間的高變化率.

1 用類比分析法研究無源軟開關(guān)技術(shù)
一般人們研究軟開關(guān)技術(shù)都是以電感電流連續(xù)模式 ( CCM ) 的 Boost DC /DC 變換器電路作為典 型例子. 這是因為該電路正大量地作為較大功率的功率因數(shù)校正電路, 此外, 它亦包含了硬開關(guān)電路 所發(fā)生的暫態(tài)能量及其相關(guān)的缺陷問題, 這就是: 1) 有源開關(guān)開通時發(fā)生的 di / dt 暫態(tài)磁能及其開 通損耗與電磁干擾; 2) 有源開關(guān)關(guān)斷時發(fā)生的 dv / dt 暫態(tài)電能及其關(guān)斷損耗與電磁干擾; 3) 整流二 極管高速關(guān)斷時發(fā)生的反向恢復電流及其恢復損耗與電磁干擾. PWM 硬開關(guān)變換器電路拓撲的研究已經(jīng)很完善, 已提出有簡潔拓撲的系列開關(guān)變換器
[ 11 ]

. 無源

軟開關(guān)技術(shù)分為開關(guān)暫態(tài)的無源緩沖與緩沖能量的無源無損復位兩部分電路. 其中暫態(tài)緩沖部分電路 已被確定, 它與有損緩沖器的緩沖電路類似, 有差異的只是前者由于有無損復位電路的支持, 緩沖元 件要取強緩沖效果的參數(shù)值. 從電路的控制來看, 附加在硬開關(guān)變換器上的緩沖能量無源無損復位電 路, 只能借助變換器中有源開關(guān)的狀態(tài)變化, 才能使暫態(tài)緩沖能量返回到輸入源或傳輸?shù)捷敵鲐撦d而 再生
[ 12]

. 故它具備了與 DC /DC 變換電路的拓撲相似性, 容易應用側(cè)重物理意義的類比分析法

[ 13]

進

行無源軟開關(guān)電路拓撲的研究. 任何 DC /DC變換器, 從電路拓撲來看都是受約束的有向雙口非線性網(wǎng)絡(luò). 將處理暫態(tài)能量的無 源軟開關(guān)變換器電路看作非線性集總電路, 就可以將電路理論中也適用于非線性集總電路的特勒根定 理 ( T e llegen s T heo re ) 應用于此. 特勒根定理指出電網(wǎng)絡(luò)在任何時刻都滿足瞬時功率守恒. 如果把 m 電路元件理想化并忽略線路損耗, 則對于附加在硬開關(guān)變換器上的無源軟開關(guān)電路, 由于它全部是由 無源無損組成, 因此可以看成是一個處理無功功率的電網(wǎng)絡(luò)單元. 由于開關(guān)變換器的工作時序是開通 導通 關(guān)斷 斷開, 又由于旁路并聯(lián)在開關(guān)器件上的關(guān)斷緩沖電容器, 可以在開關(guān)關(guān)斷時將串聯(lián)在 開關(guān)器件上的開通緩沖電感器中的磁能全部吸收掉, 這樣, 開關(guān)變換器中的暫態(tài)能量再生復位問題, 最終就變?yōu)槿绾卧O(shè)法將關(guān)斷緩沖電容器中的電能, 借助有源開關(guān)的通或斷兩個狀態(tài), 用無源無損方式 向輸入源或輸出負載完全釋放掉的問題. 因此, 同樣在電路理想化的前提下, 以關(guān)斷緩沖電容器的能 量再生復位為出發(fā)點, 用類比方法從 DC /DC變換器電路中直接找出能完成能量再生而復位的無源無 損電路, 必然可行. 由此提出以特勒根定理為基礎(chǔ)的, 通過類比分析法, 以無源方式獲取暫態(tài)能量無 損復位電路的做法: 1) 將輸入直流電壓源分解為只輸出負載電阻電力的直流電壓源 Uir與只完成電力轉(zhuǎn)移而不直接做 功的直流電壓源 U ic ; 2) 將硬開關(guān) DC /DC 變換器分解為兩個正交的獨立電路, 其中一個是只含有電阻元件與電壓源

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U ir的有功電力處理電路, 另一個是除前者之外的無功電力處理電路; 3) 直接從無功電力處理電路獲取暫態(tài)能量再生復位電路; 4) 獲取的能量再生復位電路只是構(gòu)成無源軟開關(guān)電路拓撲的一個必要條件, 它表示輸入直流電 力有可能被無損轉(zhuǎn)移. 因此無源軟開關(guān)電路拓撲的充分條件, 應由電路定律導出該電路的電能再生表 達式及其元件參數(shù)的取值要求. 以典型的 Boost硬開 關(guān)變換器 作為上 述類比分析法的示例圖, 如圖 1( 1) 所示. 電容器因關(guān)斷緩沖而吸收的暫態(tài)電能, 以 初始電勢為 UC ( 0) 來表示. 圖 1( 2) 為附 加在 Boost硬開 關(guān)變換器上的暫 態(tài)能量再 生復位電路拓撲圖, 其中在 B 節(jié)點處必須 有一個與有源開關(guān)同步工作的串聯(lián)升壓網(wǎng) 絡(luò), 該網(wǎng)絡(luò)可以使電容器的電能完全傳輸 給輸出負載而得到暫態(tài)電能再生復位 (即 UC s1 ( t ) = 0) . 容易證 明, 對 Boost 變換 器, 該串聯(lián)升壓網(wǎng)絡(luò)只能接至變換器輸出 U o 端, 而不 允許 接至 變換 器輸 入 U i 端, 否則會因出現(xiàn)連續(xù)的電流環(huán)路而不滿足變 換器功能. 對圖 1( 2) , 若用一個 小容量 電感器 L r 取代該串聯(lián)升壓網(wǎng)絡(luò), 構(gòu)成暫態(tài) 電能再生與復位電路; 則電路拓撲要求電 容器 C s1中的電勢能, 在有源開關(guān) Vs1 導通時, 通過電感器 L r 與隔離二極管的作用傳遞到輸出 Uo 端. 在理想電路條件下, 設(shè) t0 = 0 有 uC s1 ( t) , 電流 iCs1 ( t ) 與電壓 uCs1 ( t) , 分別為: [ UC ( 0) - Uo ] sin
t r1

uL r ( t ) + U o , 再由電路微分方程導出緩沖電容 C s1的放電 t / Z r1 iC s1 ( t)
r1

( 1) t ( 2)

uC s1 ( t ) = UC ( 0) 其中, 諧振頻率
r1

0

iC s1 ( t) dt /C s1

Uo + [ UC ( 0) - U o ] cos L r /C s1 .

= 1/

L r* C s1 , 諧振阻抗 Z r1 = t =

設(shè)式 ( 1) 與式 ( 2) 都等于 0 聯(lián)立解這兩個方程. 式 ( 1) 的解確定了電容器的電能完全再生復 , 位的時刻, 這個時刻就是
r1

時; 由此得到諧振半周期 T r 1 /2 的表達式為: T r1 /2 =

/

r1

=

L r* C s1 , 電容器電能完全再生的充分條件是: iC s1 ( t) = 0與 uC s1 ( t) 完全再生的充分條件的數(shù)學表達式為: UC ( 0) 2Uo ,

0, 最后得出電容器電能 ( 3)

式 ( 3) 指出緩沖電容器 C s1電壓要大于輸出電壓才能滿足放電條件. 因此, 如果不能滿足式 ( 3) 這個 電能再生條件, 那么此類再生電路就不能單獨作為無源軟開關(guān)的緩沖能量再生與復位電路. 圖 1( 3) 為通過電路類比, 用一個與變換器電感 L 1 (N p ) 共用同一個磁芯的輔助耦合繞組 N a ( 見 虛線框 ) 取代上述串聯(lián)升壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成暫態(tài)電能再生與復位電路. 在有源開關(guān)導通時, 利用與主電感 耦合的輔助繞組的感應電勢與關(guān)斷緩沖電容器的電勢成疊加狀態(tài), 將電容器的電勢提高, 結(jié)合耦合電 感器 Lm 的漏電感 L k = L r 組成諧振電路, 就可以直接將電容器的電量對輸入電壓源或輸出電壓匯放 電; 其主要特點是所用再生元件數(shù)量少, 電路簡單, 可以一次性地直接完成暫態(tài)能量的再生
[ 14]

. 這

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就是文獻 [ 15 16] 提出的無源軟開關(guān)電路, 在該文獻中通過對無源無損軟開關(guān)電路特性的分析, , 用網(wǎng)絡(luò)定理證明了這種電路具有最簡電路拓撲. 但是該電路也必須滿足式 ( 3) 這個電容器電能完全 再生條件, 因而, 當開關(guān)占空比較大時, 不能實現(xiàn)暫態(tài)能量的完全復位, 從而影響了緩沖效果. 因 此, 對于開關(guān)占空比超過 0 5的變換器, 就要求輔助繞組對原邊主繞組的匝數(shù)比大于 1. 這樣做雖然 . 可以解決能量再生問題, 但因漏感較大而產(chǎn)生的電壓尖峰較嚴重, 必須將二極管 D 1 的耐壓容量提高. 文獻 [ 17] 選用匝數(shù)比為 1 21的折中方法來處理這個問題; 但不能解決因電壓尖峰大而伴隨的電磁 . 干擾大的問題. 圖 1( 4) 為通過開關(guān)狀態(tài)類 比分析在圖 1( 3) 的基礎(chǔ) 上導出的 新型無源 軟開關(guān) Boost電路. 圖 1 ( 4) 中有源開關(guān) Vs1的關(guān)斷緩沖由電容器 C s1、二極管 D s1組成; 續(xù)流二極管 D 1 的關(guān)斷緩沖由電容器 C r1、二極管 D r2組成. 這兩個電容器與二極管的串聯(lián)緩沖支路中的兩個連接點分別接在與變換器電感 L 1 (N p ) 共用同一個磁芯的耦合繞組 N a 的同名端上以及二極管 D r 1的陽極上, N a 的非同名端則與二極 管 D r1的陰極串接, 構(gòu)成暫態(tài)電能再生復位電路
[ 18 ]

. 可以發(fā)現(xiàn), 對于圖 1( 4) 電路, 若不用耦合繞組

N a, 而將這兩個串聯(lián)緩沖支路中的連接點直接用二極管 D r1串接在一起, 則其拓撲類似文獻 [ 6] 提 出的 MVS軟開關(guān)元胞. 在 MVS元胞中, 為了限制有源開關(guān)關(guān)斷時二極管 D s1、D r1、D r2對續(xù)流二極管 D 1 的旁路導通作用, 就得要求將電容器 C r1的量值取比緩沖電容器至少高一個數(shù)量級. 但這就要花較 長的時間來使能量復位, 造成高頻 PWM 軟開關(guān)電路的控制參數(shù)占空度 ( 導通時間與開關(guān)周期之比 ) 受限制, 軟開關(guān)的工作范圍要縮小. 在此電路拓撲基礎(chǔ)上, 若還在任一個二極管支路上附加另一個較 大量值的諧振電感器, 其拓撲類似文獻 [ 7] 提出的 non MVS 軟開關(guān)元胞; 此時電容器 C r1的量值要 求更大. 雖然 non MVS元胞依靠多了一個諧振電感器, 在有源開關(guān)關(guān)斷時緩沖二極管支路的電流量 值能被限制, 使軟開關(guān)工作范圍擴大. 但諧振元件的增加使得電路階數(shù)很高, 更易于因發(fā)生寄生參數(shù) 振鈴而引起額外損耗, 而且由于用較大的 C r 1, 使得二極管電流較大, 附加諧振電感器在斷態(tài)也可能 會處于長導電狀態(tài)而增加損耗, 故不適合小占空比的電路工作條件. 因此文獻 [ 5] 認為, 只有在一 些相對立的要求得到折中前提下, 軟開關(guān)變換器的優(yōu)化設(shè)計才有可能. 圖 1( 4) 電路與其它電路具有 本質(zhì)上的不同. 在圖 1( 4) 電路中, 兩個電容器都是作為緩沖吸收元件, 它們的容量相同, 數(shù)值較 小; 當有源開關(guān)的工作狀態(tài)與續(xù)流二極管的工作狀態(tài)處于互補時, 由于得到緩沖電感 L s1和緩沖電容 C s1的支持, 可以使暫態(tài)能量的再生復位過程也處于緩沖狀態(tài), 而且通過這兩個電容器在開關(guān)不同階 段的吸收作用, 還使耦合電感器漏感產(chǎn)生的負面效應得到有力的抑制. 故可以把提出的新型無源軟開 關(guān)網(wǎng)絡(luò)稱為開關(guān)狀態(tài)互補式無源軟開關(guān)技術(shù).

2 開關(guān)狀態(tài)互補無源軟開關(guān)電路的理論分析
對圖 1( 4) 電路, 建立其一個周期各工作階段的等效電路, 這里用電壓匯表示輸出大電容與負載 電阻的并聯(lián)電路, 如圖 2所示. 結(jié)合等效電路, 對該電路的緩沖能量再生與復位特點進行簡要的理論 分析如下
[ 18]

: t < t1, 為有源開關(guān) Vs1開通換流階段. t < t2, 為 D 1 因關(guān)斷出現(xiàn)反向恢復電流 irr 階段. 在此階段, D 1 與 N p 的連接點 A 的電勢

1) t0 2) t1

UA 隨著開關(guān)管電壓 uV s1的變化而逐漸變低, 導致 N a 繞組感應電勢 UN a 的量值逐步升高, 緩沖電容電 壓 uC s1通過與 UN a 的疊加而逐步提高電勢對電容器 C r 1放電, C r1以緩沖方式被充電. 此時,
t- t1

uC r1 ( t) = 由于二極管 D r2作用, C r1的電壓被嵌位.

0

iC s1 ( t) dt / C r1

UO .

( 4)

138 3) t2

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t < t3, t3 時電容器 C s1的電能放電結(jié)束. 根據(jù)式 ( 4) , 當 C r1的充電電壓達到 UO 時, iC s1

的電能將由 D r2傳遞給輸出負載. 此外, 電容器 C r1的量值不必太大, 所取量值根據(jù)庫侖定律及電容的 諧振倍壓特性可以表達為 C r1 = C s1* UCs1m /2UO. 4) t3 t < t4, 為漏感磁能再生階段. 當 t3 時 UCs1為零, 二極管 D s1由于正向偏置而導通, 耦合 電感器的漏感 L k 的磁能以電流 ids1的形式通過 D s1、D r1、D r2 流入輸出負載. 此時, 由于諧振電感由 L k + L s1組成, 諧振電容由 C r1組成, 故 idr 1的諧振周期擴大. 5) t4 6) t5 t < t5, 為 Vs1正常導通階段, 因二極管 D r2嵌位作用, uCr 1 ( t) 又回到等于 UO 的狀態(tài). t < t6, 為 Vs1關(guān)斷換流階段, 該階段的電容緩沖同通常的關(guān)斷緩沖電路一樣. 與后者不同

的是其能量復位電路. 隨著 C s1電勢的升高, uA + uCr 1的電勢將超過 UO ; 此時 D r 2導通, D 1 因反偏仍 關(guān)斷. C r1中的電能緩沖地轉(zhuǎn)移到輸出負載上. 電路方程為:
t- t5

uV s1 ( t) = uA ( t) = uC s1 ( t) = (

0

Ii dt ) /C s1

( 5) ( 6)

uA ( t) + uCr1 ( t ) = uC s1 ( t) + uC r1 ( t) = U

式 ( 4) 、式 ( 5) 與式 ( 6) 集中體現(xiàn)了新電路特征. 從上述理論分析可知, 用互補再生方法的無 源軟開關(guān)電路, 不必用高量值的電容器和電感器, 這樣暫態(tài)能量緩沖與再生復位過程都很短, 一般不 影響軟開關(guān)的工作范圍, 而且隨著被緩沖的開關(guān)器件狀態(tài)變化, 連接點 A 的電勢也同步緩沖變化, 經(jīng)耦合電感器的感應電勢、電容器 C r1及二極管 D r2的作用, 使得緩沖電容器 C s1能夠完全放電而直接 復位; 而緩沖電容器的關(guān)斷緩沖作用, 又使電容器 C r1的電能通過二極管 D r2的饋能通道直接完成能量 再生而復位. 這種交替充電與放電的互補特性, 保證了在高占空比下暫態(tài)能量仍能以簡單方式完成能 量再生而復位, 而且電能的傳遞都經(jīng)過緩沖或諧振過程, 顯著降低了耦合電感器的負面效應. 這是本 文提出的新電路與其它無源軟開關(guān)電路的重要差異.

凡是變換器中存在與圖 1( 4) 相同的互補開關(guān)點 A, 都可以應用此互補再生技術(shù). 圖 3列出應用

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所提出開關(guān)狀態(tài)互補式無源軟開關(guān)新技術(shù)于基本的 4種非隔離型無源軟開關(guān) DC /DC 變換器的示例圖. 它們都經(jīng)過嚴格的計算機仿真研究分析, 證明這種新技術(shù)的應用完全可以成立.

3 新電路的仿真分析與實驗驗證
在高占空比下對圖 1( 4) 電路進行了以計 算機電路仿真軟件 PSp ice 為工具的仿真分析 研究. 圖 4為該新 電路的仿 真結(jié)果波 形. 其 軟開關(guān)效果、開 關(guān)暫態(tài)能量吸收與 通過開關(guān) 互補狀態(tài)而再生復位的效果與上述 理論分析 完全一致. 對新 電路的實驗樣機也 進行了測 試. 在圖 1( 4) 電路的實驗樣機中, 主要元件 的數(shù)據(jù)為: Boost開關(guān)管 Vs1用功率 MOSFET 管 I FP460 Boost二 極管 D 1 用 MUR860 其余 R , , 二極管全部用 MUR460管; Boost電感器 N p 為 0 52mH; 附加耦合繞組 N a 由于有效值電流 . 很小, 故用較細漆包線繞在繞組 N p 之外, 附 加耦合繞組 N a 繞組占變壓器窗口體積不超過 Boost電感器 N p 繞組占變壓器窗口體積的 1 / 10, 兩個繞組間匝數(shù)比為 1 在 N a 繞組端測 , 得漏感 L k 為 21 H; 電容器 C s1與 C r1的量值 都為 2 2 nF; 電感器 L s1為 3 H; 電路工作頻 . 率為 147 k z 用閉環(huán)反饋方式保持輸出電壓 H. 穩(wěn)定在 350 V, 改變輸入直流電壓大小, 使開 關(guān)占空比的變化范圍很寬. 圖 5是 在開關(guān)管 Vs1的占空比為 0 66時有源開關(guān)與續(xù)流二極管 . 的開關(guān)過渡狀態(tài)測試 波形圖. 從其 中可以看 出兩個開關(guān)器件的關(guān)斷緩沖電容的 充放電狀 態(tài)同兩個開關(guān)器件處 于同步互補狀態(tài). 由于 這個特性, 有源 開關(guān)的關(guān)斷電壓尖 峰受到抑 制, 能量再生回路的諧振半周期 T r / 2的時間 僅約為 0. 5 s 在上 述參數(shù)取值下, 還進行 .

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集美大學學報 ( 自然科學版 )
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第 10卷

效率測試比較. 當占空比大于 0 5時, 用感應電勢實現(xiàn)暫態(tài)能量再生的技術(shù) .

, 不能將緩沖電容

器 C s1內(nèi)的電能完全釋放掉因而關(guān)斷緩沖效果不良, 但本文提出的新方法可以有效地解決這個問題. 測試結(jié)果表明, 在測試功率低于 600 W, 占空比為 0 55 ~ 0 75的條件下, 圖 1( 4) 電路的效率能高 . . 于文獻 [ 11] 電路圖 1( 3) 的效率, 達 0 5% ~ 2 0% . . .

4 結(jié)論
從上述理論分析與實驗結(jié)果可以得出提出, 的新技術(shù)具有成本較低、暫態(tài)能量的再生方式較簡 單、軟開關(guān)的工作范圍很寬、能明顯減小有源開關(guān)管的電壓應力、無特殊的元件參數(shù)設(shè)計問題等優(yōu)良 特性. 但該技術(shù)對續(xù)流二極管尖峰電壓的抑制作用還稍弱. 這種對無源軟開關(guān)技術(shù)所用類比分析研究方法, 顯然具有物理意義明確、方法簡單等優(yōu)點. 更重 要的是, 利用上述方法, 拓寬了研究眼界, 豐富了對電力電子電路拓撲的研究手段, 為進一步開發(fā)出 新型的無源軟開關(guān)電路提供了一條途徑.

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林周布: 高頻電力電子電路之無源軟開關(guān)技術(shù) 的研究

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R esearch on the Technology of Passive Soft Sw itching for H igh Frequency Pow er E lectronic C ircuits
L IN Zhou bu
( Co llege of E lectrical Eng inee ring and Au tom ation, Fuzhou U niversity Fuzhou 350002 Ch ina) , ,

Abstract The m ethod o f analogous analysis w hich g iv es em phasis on physical m ean in g : , , Through an ana logy analysis of the circuit and sw itch ing state ,

is introduced .

a new technology o f th e passive soft sw itching

operatin g in a com plem entary sw itch in g state is deriv ed The operating princip le of the circuit applied to a . boost converter is analyzed theore tica lly, and experi enta l test is perfor ed A ll this verifies that the new m m . techno lo gy not on ly has snubbed sw itches effectively bu t a lso has a few perfect perform ance such as w id er , soft sw itching range , low er cost and low er over vo ltage peaks. Therefore , it is show n that the ne proposed w it can help deepen the research research m ethod is si p le c le ar and d irect in physica l m ean in g M oreover m , . , on the passive soft sw itching circuit and search for a new circuit topo lo gy. K ey w ord s pow er electron ic c ircu i; analogous ana ly sis : t ; so ft sw itch ing; passiv e (責任編輯 朱雪蓮 )



  本文關(guān)鍵詞：高頻電力電子電路之無源軟開關(guān)技術(shù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。