基于双电感的APFC软开关的实现

(电气开关(2010) 文章编号：1004289X(201001一4 基于双电感的仁喜，任文，梁远文 (广西大学电气工程学院，广西 南宁530004) 摘要：基于传统的出了一种基于双电感的既能实现主开关管 的能使辅助开关管实现零电流关断。详细介绍它的工作原理，并制作了一台800验证明所 提理论的正确性。 关键词：双电感；开关 中图分类号：献标识码：B en30004， is on VS of of 800W be to of 前言 传统的因素校正)软开关电路中，主开关管开通过程中，要 同时控制主开关管和辅助开关管。辅助开关管先于主 开关管开通，使谐振网络工作，主开关管的并联电容 (或寄生电容)电压谐振下降到零，使缓冲电感释放能 量，并创造了主开关管零电压导通的条件。待主开关 管的漏源极电压降到零以后，再使主开关管导通，同时 关掉辅助开关管。但是当辅助开关管关断瞬间，流过 辅助谐振网络中谐振电感的电流等于输入电流，且辅 助开关管处于硬开关状态，因此开关损耗与开关噪音 将会增加，降低了整个变换器的效率J。 针对传统献2提出了一 种在传统感的方法来解决上述问题。该电路能够使辅助开关 管在零电流下关断，同时减少了辅助开关管的电流应 力。但是该电路的结构相对复杂，且当开关管关断时 仍然存在寄生电容、辅助开关管电压应力偏大等问题。 文献3提出了使用实时吸收电路的，该电路能很好的解决辅助开关管的损耗和电压应 力的问题，但是该电路结构复杂，且控制较为困难。 综合文献2，3的优点，为了解决存在的缺点，本 文提出了一种基于双电感的能 很好的解决上述电路的不足之处。该电路能够实现主 开关管的极管在零电流下关断、辅助开关管也 能够零电流关断，且电路结构简单，控制容易实现，具 有较强的实用价值。笔者研制出一台800，对本文提出的理论与结论进行验证。 2基于双电感的了解决传统的提出了一种新型的基于双电感 的电路在传统的础上，将原来的滤波电感换成了一个变压器 此处它并没有带负载，故相当于一个双电感。如图l 所示，主电路上各关键点波形如图2所示。双电感电路中起两个作用：一是升压滤波；二是为辅助开关 管s 的关断提供一个反向电压，使辅助开关管s 的 电流在主开关管s 开通后迅速降低到零，以实现辅助 电气开关(2010) 开关管的零电流关断。C，为谐振电容，它是主开关管 s 的寄生电容与并联谐振电容之和。C 是辅助开关 管的寄生电容，它可以减少辅助开关管S：关断时的电 压尖峰与振荡。C。 是二极管为二极 管时也可以减少D 开 通时的损耗、电压应力和舵的作用是当辅助开 关管S 的电流下降到零以后，防止反向电流流过辅助 开关管S：，以实现辅助开关管为谐振电感，它是双电感的漏电感与附加谐振电感之 和，它与谐振电容C 一起为主开关管s 的件。 图1主电路拓扑 I I i I I 1 r f ； 厂 j r I ： 、 厂 ： l Nx+l 图2主电路上各关键点波形 3 电路拓扑工作过程分析 为了分析简单，特做以下假设：(1)开关管S，与 S 皆为理想开关；(2)由于输人电压 的频率远小于 开关频率，故在一个开关周期内，输入电压 视为常 数；(3)输出滤波电容C 足够大，故输出电压可当作 一个电压源4)双电感可以等 效为一个励磁电感与一个理想变压器并联。而理想变 压器的原边等效为一个受控电流源，副边等效为一个 受控电压源。其简化等效电路如图3所示，图4为简 化等效电路在各个工作阶段的等效电路。 图3 主电路的简化等效电路 (f) 图4主电路在各阶段的等效电路 (1)tot】阶段 如图4(a)所示。在t。时刻，主开关管S 关断，因 C。 和c 的存在，故流经S 的电流开始向C。 和C 上 转移， 逐渐升高到 ，二极管D 两端的电压 ，逐 渐降低零，这有助于减少开关管s 的关断损耗与二极 管时输入电流给辅助开关管S 的寄 生电容C：充电，这样限制了在主开关管s 关断时辅 助开关管S 的尖峰电压。 ：= 。) (2)t 一t 阶段 如图4(b)所示。在t。时刻 上升到 ，同时 n 降低到零，二极端D 时电流 ，流向负载。在这个阶段，开关管S ， S：都处于关断状态， 等于 。 (3)t2电气开关)(2010) 如图4(c)所示。在助开关管S 在零 电流下导通，电流，到，。在这个阶段，二极管的电流，渐由 下降为 零，二极管在零电流下关断。 +一 )2) (4)段 在t，时刻，电流，i ，即，D ，降低到零，二 极管时主开关管的寄生电容 c 开始反向充电，即与电感 谐振， 。迅速下降。在 谐振期间，由于C。放电，电感电流 继续上升。在此 阶段，主开关管两端的电压 下降到零。如图4(d) 所示。，的变化如式(3)、式(4)所示： 它通过1、2脚的电容和电阻进行脉冲宽度调整，这里 采用输入信号的下降沿触发。 图5控制电路 要考虑到辅助开关管的电流应力与电压应力，双 电感匝比的设计。 百1，+(3) 5 实验结果 ： (1+N ) 一N (4) u K (5) e)所示。在s。下 降到零，主开关管的反并联二极管D 导通续流。t t 阶段的某一时刻，触发S，零电压导通。因为在t 时 刻后， 已经下降到零，故双电感因此双电感的副边绕组电压为一N ，故辅助开 关管上的电流 迅速以一N L 的速率下降。 (6)t5图4(f)所示。在t 时刻，辅助开关管电流 下降 到零，由于二极管 的作用，辅助开关管的电流到零。在这个阶段，电路作为一个典型的作，电感 被充电，能量储存在电感 中。直到t 时 刻，S，关断，即进入下个工作周期。 本文中所用的双电感励磁电感为600双电 感的原边匝数为60匝，负边匝数为3出滤波 电容300F，选用三个100减少 振网络中的谐振电感L =256 H，C =电流取样电阻R 为033n。输入电压、电流波形如图 6所示，主开光管的图6输入电压与输人电 图7主开关管的 流实验波形 控制电路与双电感的设计 6结论 基于双电感的个电压误差放大器、乘法器、电流误差放大器、三角 波发生器等。由此采用(合使用。号通过一个射极跟随电路才能加到主开关管的栅 极，驱动样可以保证当主开关管的 体内二极管在未导通之前，驱动信号无法加到栅极。 利用这种方法可很容易实现主开关管的驱动信号在其 漏源极电压为零后才开始驱动，这样就能很好的完成 主开关管的零电压导通。 动电路是由单稳态多谐振荡电路 (生恒频、固定脉冲宽度的驱动信号，如图 5所示。其中，本文在传统出了双电感开关技术，从图6、图7可以看出。该电路很好的实 现了功率因数校正，功率因数高达099，且主开关管 实现了零电压开关。从理论与实践上都证明了该电路 的正确性，具有较高的实用价值。 参考文献 1 王鸿麟，景占荣通信基础电源M2版西安电子科技大学出 版社，2001，1 2】 n C mn0，003 3J一C一F一Y一M 4电气开关(2010) 27 文章编号：1004289X(2010)04 高压交直流混合输电系统换相失败的研究 刘炳君，李世作 (广西大学电气工程学院，广西 南宁530004) 摘要：研究了高压交直流混合输电系统换相失败的机理及其对南方电网的影响，并提出一些避免换相失败的措 施，为今后高压电网的安全稳定运行提供理论依据。 关键词：换相失败；高压直流输电；交直流混合输电 中图分类号：献标识码：B V C U I 30004，CDC of in of in to to of CDC 引言 同时发生换相失败，甚至会导致整个系统运行崩溃。 “西电东送、南北互供、全国联网”是我国能源发 展的重要策略。与交流高压输电技术相比较，高压直 流输电(有快速调节功率、无同步运行稳定 性问题、运行可靠的等优点。而且直流输电没有相位 和功角，不存在稳定问题，利用直流输电的调节作用可 以提高交流系统的稳定性。联的重要输电方式。 随着天广、贵广I、贵广、三广和云广高压直流 输电线路的逐步建成，南方电网正在形成全世界最大 的含有多馈人直流输电系统的交直流混合电网。但是 直流送电容量的增大，使得直流系统运行控制性能对 全网安全稳定运行所造成的影响程度和影响层面也越 来越重要。交直流系统相互作用的加强在某些不利条 件下也会增加系统的不稳定性，可能出现多个逆变站 2换相失败的原理 整流器在一般情况下不会发生换相失败，这是由 于整流器阀在电流关断后的较长时间内处于反向电压 下，所以仅当触发电路发生故障时，整流器才会发生换 相失败。换相失败一般发生在逆变侧，而且是在大直 流电流或低交流电压之类的扰动期间发生。换相失败 不是由于对换流阀的误操作引起的，而是由换流阀外 部电路条件引起的。 比较图1和图2可知，直流输电系统发生换相失 败故障有以下特点： (1)换相的两个桥阀发生倒换相，倒换相之后使 己经退出导通的阀又重新导通。 (2)一次