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1、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,
2、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
3、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,U
4、s3=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
5、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
6、 diodes)D9:BYV26CC1:1nF5(polypropylene capacitance)R1:39k5(resistor paralleled)Lf:300HC: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,Ti
7、me: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)副边倍流整流,29,扩展拓扑二,(b)副边全波整流,30,结论,变换器主开关的电压应力是输入电压的一半。副边电感可以实现所有开关的零电压开通。副边电感可以和高频变压器集成在一起。,31,The end,Thank you!,
