DCDC变换器拓扑结构分析

DCDC变换器拓扑结构分析
USB重定向⼀、正激变换电路
由于正激DC/DC变换器具有电路拓扑简单,输⼈输出电⽓隔离,电压升、降范围宽,易于多路输出等优点,因此被⼴泛应⽤于中⼩功率电源变换场合。然⽽,正激变换器的⼀个固有缺点是需要附加电路实现变压器磁复位。采⽤磁复位绕组正激变换器川的优点是技术成熟可靠,磁化能量⽆损地回馈到直流电⽹中去。但附加的磁复位绕组使变压器结构复杂化,变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制,占空⽐d<0.5,功率开关承受的电压应⼒与输⼈电源电压成正⽐。RCD钳拉正激变换器图的优点是磁复位电路简单,占空⽐d可以⼤于0.5,功率开关承受电压应⼒较低
涨紧轮
水化硅酸钙
此电路只是在原有的双管正激电路上添加了2个Lr、Cr谐振⽹络实现软开关。图4中,L2为缓冲电感,Lm为变压器的励磁电感,C1和C2分别是开关管VS1和VS2的寄⽣电容。电路拓扑在1个开关周期中可分为7个时间段描述。下⾯将对每个时间段分别描述。先假定在t0时刻之前,VS1和VS2关断,谐振电感Lr上的电流iLr为0,电容Cr上的电压UCr为-Uin,VD5关断,VD6正在续流。为了使分析过程简化,在对电路分析之前,作如下⼏点假设:滤波电感L1⾜够⼤,在1个开关周期中可近似⽤恒流源I0等效代替;变压器漏感远⼩于励磁电感,在电路分析中忽略漏感的影响。
⼀个开关周期中电路的主要电量波形:
1 t0~t1时间段在t0时刻,主功率开关管VS1和VS2同时导通,由于电感L2的作⽤,电流上升缓慢,VS1和VS2可以看成ZCS(零电流)导通。在这⼀阶段,Lr、Cr开始谐
振,VD5和VD6开始电流交换。Cr上的电压从-Uin向Uin变化,电感Lr上的电流也从零上升。当续流⼆极管VD6上的电流为零并且阻断时,这⼀时间段结束(这个时间段很短)。此时,原边电流上升到I0/N(N=N1/N2,N1为原边匝数,N2为副边匝数)。
2 t1~t2时间段在t1~t2时间段,Lr和Cr继续谐振。Lr上的电流上升到最⼤,然后下降到零。同时,Cr上的电压上升到Uin。当Cr上的电压上升到Uin时,这⼀时间段结束。在此时间段,原边能量也传到副边。
3 t2~t3时间段t2~t3时间段,在UCr=Uin时开始,到VS1和VS2关断时结束。在这个时间段中,Lr和Cr停⽌谐振,原边继续传递能量到副边,这⼀段的⼯作状态完全等同于常规的PWM双管正激变换器。由于Cr的箝位作⽤,VS1和VS2是在零电压(ZVS)下关断。
4 t3~t4时间段在t3时刻,VS1和VS2关断。由于Cr的箝位作⽤,VS1和VS2是在ZVS 下关断。之后,在副边反射电流I0/N和励磁电流的iLm的作⽤下,C1和C2充电,Cr放电,Cr 与Lm、L2、C1、C2谐振。这个时间段,副边⼆极管VD5继续处于导通状态,电容Cr的电压减⼩,当达到零时,这个时间段结束。
包装容器5 t4~t5时间段在t4时刻,Us=Uin,UCr=0,Cr与Lm、L2、C1、C2继续谐振,此时VD5反偏停⽌向副边传送能量,续流⼆极管VD6开始导通。当Cr上的电压为-Uin时,这个时间段结束。
6 t5~t6时间段在t5~t6阶段,Cr上的电压维持在-Uin,开始进⼊磁复位阶段。励磁电流iLm 在箝位电压Uin的作⽤下通过VD1和VD5反馈到电源,iLm线性下降,续流⼆极管VD6导通。变压器进⼊磁复位阶段。
7 t6~t7时间段在t6~t7阶段,变压器已经复位,续流⼆极管持续导通。在励磁电流为零时,由于Cr上的电压箝位,VS2上的电压保持在Uin,VS1和变压器的电压迅速回到零,这为VS1提供了ZVS开通条件。然后,根据占空⽐的要求,直到VS1、VS2导通。
⼆、不对称半桥变换电路
主开关为两个互补控制的功率MOSFET(s1和s2),s1和s2的占空⽐分别为D,1-D,D1和D2分别为两个开关的体⼆极管,谐振电容c1、c2分别是两个开关的寄⽣电容。Cb作为下管开通时的供电电源,带中⼼抽头的功率变压器由理想变压器并联⼀个激磁电感Lm,再串联⼀个楼⼲Lk,变压器原边匝数为N1,副边匝数为N21和N22。输出采⽤全波整流,D3、D4为超快回复⼆极管,L0输出滤波电感,C0输出滤波电容,RL是负载电阻。
开关过程分析:⾸先假设
(1)所有电感电容和开关管都是理想的。
(2)n1=n2=n
(3)Lf>>Lk/n2,即滤波电感对输出的作⽤远⼤于漏感的影响。
(4)忽略变压器副边漏感作⽤或者将漏感归于原边。
过程⼀(t0-t1):时间t0时开关
管S1关断,由于电容C1、C2上的
电压不能突变,开关S1是零电压关
断。变压器原边电压仍为正,故副
边绕组N21上的电压为正,⼆极管
D3导通,输出电感上的电流和原边
电流可以看作不变,电容C2放电给
原边提供电流,电容C1电压线性上
升,C2电压线性下降。
过程⼆(t1-t2):在时间t1时,
支的结构
V A(t1)=Vcb,之后电流ip减⼩,副边⼤电感
作⽤下电流可看作不变,原电流⼩于副边这
算电流时,⼆极管D3、D4同时导通,变压
器副边短路,原边电压全部加在漏感上。电
容C1、C2和漏感处在谐振状态。
过程三(t2-t3):在时间t2时,V A=0,下桥臂开关反并联⼆极管开通,V A=0保持不变,变压器原边电流线性下降。在时间t=t3时,变压器原边电流过零,并由于电容电压V3的作⽤反向增⼤。下桥臂开关管在这⼀时间内才能实现软开通。
过程四(t3-t4):变压器原边电压不变,电
流反向增⼤,由于原边的电流不⾜以⽀持副边的
单独输出,当原边电流增⼤到输出电流对于原边
的折算电流时,两⼆极管同时导通,原边电流⾜
以提供输出,⼆极管D4继续导通,⼆极管D3
关断。此过程原边电容上电压全部加在谐振电感上,变换时间极短。
过程五(t4-t5)进⼊准恒流阶段,t4时刻,原边依靠
电容Cb供电,开关管S2完全导通,⼆极管D1关断,D2
导通,初级向次级传递能量。该状态将⼀直延续到t5时刻,锅炉制造
下管S2关断为⽌。
各个状态下的电流电压变换波形:
(6)⼯作模式6[t5~t6]电容充放电阶段,t5时刻,开关管
S2关断,电路进⼊电容充放电阶段,变压器原边电流流过Cs1和Cs2,使得电容Cs1的电压线性下降,电容Cs2的电压线性上升。此时,负载电流流过⼆极管D4。t6时刻,V A=Vcb,该
阶段结束。

本文发布于:2024-09-22 17:23:05,感谢您对本站的认可!

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