电平双正激DCDC变换器.ppt

1,ZVS三电平双正激DC/DC变换器,楼俊山 陈敏 徐德鸿,浙江大学电气工程学院,2003年11月1日,2,主要内容,背景介绍 ZVS三电平变换器的工作原理 ZVS三电平变换器的理论分析 实验结果 ZVS三电平变换器的拓展 结论,3,背景,电压应力600V,分布式电源系统,高功率场合,4,背景,电压应力600V Bus,IGBT,开关频率,功率密度,高频变压器尺寸,5,背景,电压应力600V Bus,MOSFET,开关频率,功率密度,6,ZVS 三电平 DC/DC 变换器,直通的危险,实现 ZVS,7,原边有耦合电感的三电平 DC/DC 变换器,外加磁芯,实现ZVS,8,三电平双正激DC/DC变换器,实现 ZVS,9,三电平双正激DC/DC变换器,集成到一个磁芯,10,变换器的工作原理,电路已工作到稳态。 MOSFETs 是由理想开关和体内二极管组成。 输出滤波电感 Lf 假设为恒流源。 副边电感 Ls 是由变压器漏感和附加串联电感组成。,分析变换器工作原理时的假设：,11,三电平DC/DC变换器的控制方案,S2 and S4 以0.5的占空比互补导通。 S1 and S3以相同工作占空比交替导通。 通过改变S1 and S3 的工作占空比来得到所需的输出电压。,12,三电平DC/DC变换器的控制方案,S2 and S4 以0.5的占空比互补导通。 S1 and S3以相同工作占空比交替导通。 通过改变S1 and S3 的工作占空比来得到所需的输出电压。,13,三电平DC/DC变换器的控制方案,S2 and S4 以0.5的占空比互补导通。 S1 and S3以相同工作占空比交替导通。 通过改变S1 and S3 的工作占空比来得到所需的输出电压。,14,工作阶段 1,持续时间：,S1 , S2,导通,D5 , D6 , D7 , D8,导通,ip1=0,ip1=Io/n,15,工作阶段 2,持续时间,S1 , S2,导通,D5 , D8,导通,ip1=Io/n,恒定,D6 , D7,关断,16,工作阶段 3,持续时间,S2,导通,D5 , D8,导通,ip1=2Io/3n,恒定,S1,ZVS 关断,Us3=Us4=Vi,Us3=Us4=Vi/2,17,工作阶段 4,持续时间,S2,导通,D5 , D8,导通,ip1=Io/n,恒定,S1,关断,Us3=Us4=Vi/2,恒定,18,工作阶段 5,持续时间：,S2,ZVS 关断,D5, D6, D7, D8,导通,ip1,减小,Us3=Us4=Vi/2,零,19,工作阶段 6,持续时间,这个阶段实现主开关的ZVS 导通,S3, S4,ZVS 导通,D5, D6, D7, D8,导通,ip1,减小到零,Us3=Us4=zero,恒定,20,三电平变换器的理论分析,输出特性,占空比损失,21,变换器的软开关条件,软开关条件,容易实现 ZVS,容易实现 ZVS,22,输入电容的均压,在电路运行过程中，由于电路参数不对称会造成输入电容不均压。 若上电容电压V1小于下电容电压V2则当S1和S2导通时， D1和D2导通，ip1通过D1和D2给上电容充电。,23,实验结果,实验参数: 输入电压 2Vi=600Vdc 输出电压 Vo=220Vdc 额定功率 Po=3.2kW 变压器匝比 Np:Ns=12:13 开关频率 fs=100kHz,24,主要电路参数,Cs1-Cs4: 1nF/1kV2 (polypropylene capacitance) S1-S4: MOSFET IRFP4602 D5-D8: MUR1560 (ultra-fast diodes) D1-D4: MUR860 (ultra-fast diodes) D9: BYV26C C1: 1nF5 (polypropylene capacitance) R1: 39k5 (resistor paralleled) Lf: 300H C: 220F/400V(electrolytic capacitance), Ls: 10H,25,实验波形（一）,输出功率 Po=3.2kW, 2Vi=600Vdc,(a)门极驱动波形Vgs1 and Vs1 of S1 (Vgs1:5V/div,Vs1:100V/div,Time:2us/div),(b) 门极驱动波形Gate drive Vgs2 and Vs2 of S2 (Vgs2:5V/div,Vs2:100V/div,Time:2us/div),S1, S2,ZVS 导通,26,实验波形（二）,输出功率 Po=1.6kW, 2Vi=600Vdc,(a)门极驱动波形 Vgs1 and Vs1 of S1 (Vgs1:5V/div,Vs1:100V/div,Time:2us/div),(b) 门极驱动波形 Vgs2 and Vs2 of S2 (Vgs2:5V/div,Vs2:100V/div,Time:2us/div),S1, S2,ZVS 导通,27,同一输出功率下并联电容Cr与效率的关系,28,扩展拓扑一,(a) 副边倍流