大功率AC/DC開關(guān)電源之無源鉗位移相全橋電路
在通信行業(yè)、電力行業(yè)、工業(yè)、軍工、航空航天等領(lǐng)域,都廣泛應(yīng)用大功率AC/DC高頻開關(guān)電源。單機功率從幾百瓦至幾百千瓦,智能化、n+1冗余模式、高效高功率密度、全數(shù)字化等是其顯著之特點。
有源鉗位全橋電路抑制了副邊整流管反向恢復(fù)所致的尖峰和振蕩(換言之,即實現(xiàn)了副邊整流管的“軟開關(guān)”),但橋臂功率器件仍在硬開關(guān)環(huán)境下工作(即未實現(xiàn)ZVS、ZCS等軟開關(guān)),隨著市場對電源的效率、功率密度等指標(biāo)不斷地提高,在工程設(shè)計中,開關(guān)頻率fs也不斷地提升,由于功率器件的開關(guān)損耗與開關(guān)頻率成正比,這使得在大功率應(yīng)用中硬開關(guān)全橋電路越來越難于勝任了為了解決高頻下橋臂功率器件的開關(guān)損耗,出現(xiàn)了多種ZVS、ZCS等軟開關(guān)拓?fù),移相全橋電路即是其中之一。在工程中,?yīng)用較多較成熟的有如下幾種:(1)無源鉗位移相全橋電路一;(2)無源鉗位移相全橋電路二;(3)有源鉗位移相全橋電路;(4)還有一種-—即有限雙極控制ZVZCS電路,不知算不算移相全橋的范疇,還請大家定論。
無源鉗位移相全橋電路簡圖(一)
特點簡述:由于原副邊同時增加了鉗位電路,副邊整流管上的尖峰和振蕩得到大幅地抑制,EMI改善、效率提升等等。在工程應(yīng)用中,由于變壓器漏感、電路分布參數(shù)等的存在,其抑制效果與有源鉗位、諧振“雙軟”電路等相比,還是有明顯的差距,同時滯后橋臂ZVS范圍也較窄。
無源鉗位移相全橋電路簡圖(二)
特點簡述:其中L1為耦合電感。由于原副邊同時增加了鉗位電路,副邊整流管上的尖峰和振蕩得到大幅地抑制,EMI改善、效率提升等等。在工程應(yīng)用中,由于變壓器漏感、電路分布參數(shù)等的存在,其抑制效果與有源鉗位、諧振“雙軟”電路相比,還是有明顯的差距,同時滯后橋臂ZVS范圍也較窄。
輸出電壓Vo、原邊電流Ip和Ua-Ub、Ua1-Ub1仿真圖
從展開圖中可以得知,原邊橋臂電壓Ua-Ub的波形中有一個凸起(紅色圈內(nèi)部分)。我相信,多數(shù)第一次做移相全橋的朋友都可能遇到過這樣的問題,且為解決它而頗費周折。對于此問題的成因,還專門請教過阮新波老師,是LC諧振回路的諧振周期太短、死區(qū)時間選擇太大等因素所致。為此應(yīng)做相應(yīng)地增加LC諧振回路的周期、減小死區(qū)時間等處理方法。
增加LC諧振回路的諧振周期可以加大諧振電感Lr、加大諧振電容Cr及同時加大諧振電感Lr和諧振電容Cr等選擇;這里有一個折中考慮的問題,不能過度,是PS-FBC存在占空比丟失、滯后橋臂實現(xiàn)ZVS的范圍較窄等不足之由。
就增加LC諧振回路的諧振周期作如下分析:
1.加大諧振電感Lr,可以增加LC諧振回路的諧振周期、使滯后橋臂實現(xiàn)ZVS的范圍變寬,但同時占空比丟失也增加,需要折中考慮;
2.加大諧振電容Cr,可以增加LC諧振回路的諧振周期,但使滯后橋臂實現(xiàn)ZVS的范圍變得更窄,增加滯后橋臂容性開通損耗,需要折中考慮。
3.基于此,個人的思路是首先確定占空比丟失的取值,這樣就可以確定諧振電感Lr的最大取值,最后再確定諧振電容Cr的取值。
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