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电压应力变换器

2022/07/16120 作者:佚名
导读:电压应力研究背景 Boost 变换器由于拓扑简单、效率高、驱动易于实现、输入电流连续等优点而在功率因数校正、新能源发电如光伏发电、燃料电池发电等领域得到了广泛应用。提高变换器工作频率是提高其性能的最简单、最直接的方法,然而,随着开关频率的提高,开关损耗急剧增加,导致变换器效率降低,进而限制了工作频率的进一步提高。软开关技术是降低开关损耗及电磁干扰,提高变换器可靠性的有效方法,一直是电力电子领域研究

电压应力研究背景

Boost 变换器由于拓扑简单、效率高、驱动易于实现、输入电流连续等优点而在功率因数校正、新能源发电如光伏发电、燃料电池发电等领域得到了广泛应用。提高变换器工作频率是提高其性能的最简单、最直接的方法,然而,随着开关频率的提高,开关损耗急剧增加,导致变换器效率降低,进而限制了工作频率的进一步提高。软开关技术是降低开关损耗及电磁干扰,提高变换器可靠性的有效方法,一直是电力电子领域研究的热点之一。谐振或准谐振变换器能实现零电压或零电流开关,其最主要的缺点在于开关器件的电流、电压应力大,而且是变频控制,限制了其应用范围。ZVS-PWM和ZCS-PWM变换器的开关电压、电流应力与谐振类变换器相同。ZVT-PWM变换器与谐振变换器相比,其电压、电流应力要小得多,具有很好的工程实用价值,但其 ZVT 辅助网络增加了电路的复杂度,辅助开关的驱动必须与主开关同步,而且是硬关断,会带来一定的开关损耗和电磁干扰噪声。

为提高变换器的功率处理能力,交错并联技术得到了广泛应用。研究提出一种低开关电压应力ZVT Boost变换器,包括两个基本Boost变换单元,两变换单元采用交错控制,其具有以下特点: 1)所有有源开关、二极管实现了或近似实现了零电压或零电流开通和关断;2)变换器中有源开关的电压应力为输出电压的一半, 即为基本 Boost 变换器中有源开关电压应力的一半;3)由于采用交错控制,输入电流纹波减小, 纹波频率加倍,与交错并联Boost变换器相同。分析了变换器的工作原理,对变换器的性能进行了详细分析,给出了实验结果和结论。

电压应力工作原理

图4 ZVT 高增益 Boost 变换器 所提出的低开关电压应力ZVT Boost变换器如图4所示,在分析其工作原理之前作如下假设: 1)电感L1、L2足够大且相等,电感电流 il1、il2纹波可忽略且大小相等,分别用电流源IL1、IL2等效,并且IL1 =IL2= IL;2) 电容Co、Cc 足够大,电容电压uc、uo纹波可忽略,分别用电压源UC、UO等效;3) 所有开关器件都是理想器件,不考虑寄生参数等的影响;4)有源开关S1、S2的输出电容Cs1、Cs2相等,即Cs1=Cs2=Cs。基于以上假设,ZVT 高增益 Boost 变换器的简化电路如图5所示。在后面的分析中,大写字母表示变量的稳态值,小写字母表示变量的瞬时值。

图5 ZVT 高增益 Boost 变换器的简化电路

电压应力研究结论

研究提出一种低开关电压应力 ZVT Boost 变换器,两个有源开关实现了零电压开通,近似实现了零电压关断,两个二极管近似实现了零电压开通、 零电流关断。有源开关的电压应力为输出电压的一半,即为基本 Boost 变换器的一半。由于采用了交错并联技术,输入电流纹波得到了减小,纹波频率为开关频率的两倍,有利于减小输入滤波器的体积。通过调整变换器工作频率克服输入电压及负载变化对输出的影响,实现输出稳定。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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