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推挽正激電路箝位電容的應用研究

來源: 編者:閆之峰 發布時間:2014-02-07

摘要:基于推挽拓撲結構設計研究了一種全電坦克炮控系統用升壓電源,然而由于推挽變壓器存在著難以消除的偏磁現象,使得這種升壓電源的可靠性較低。推挽變壓器抑制偏磁的方法有多種方法,諸如優化變壓器設計、改善控制方法等。本文介紹了一種改進型推挽變壓器,并在推挽變壓器一次側兩繞組的同名端連接箝位電容,組成了一種新型的電路拓撲結構—推挽正激電路。箝位電容的引入,可以有效抑制推挽變壓器的偏磁現象,同時還具有抑制開關管尖峰電壓、提高工作效率、減小輸入電流脈動的優點。
關鍵詞:推挽正激 箝位電容 偏磁 尖峰電壓
Abstract:
Keyword:

 

某在研坦克炮控系統采用高頻功率變換技術實現車輛24V到270V電壓的轉換,其主電路為傳統的推挽式拓撲結構,具有結構簡單,變壓器磁芯利用率高的優點[1],但同時推挽結構難以克服的偏磁現象大大影響了其可靠性,嚴重時造成功率器件的損壞。推挽變壓器抑制偏磁的方法有多種方法,諸如優化變壓器設計、改善控制方法等[2~4]。本文介紹了一種改進型推挽變壓器,并在推挽變壓器一次側兩繞組的同名端連接箝位電容。箝位電容的引入,可以有效抑制推挽變壓器的偏磁現象,同時還具有抑制開關管的尖峰電壓,提高工作效率減小輸入電流脈動的優點。
1  推挽正激電路
1.1 工作原理
 
圖1 推挽正激電路拓撲結構

 a工作模態1[ t0~t1]
 b工作模態2[t1~t2]
 c工作模態3[t2~t3]
 d工作模態4 [t3~t4]

2  個周期中各模態的等效電路圖
在半個開關周期內,推挽正激電路共有4個工作模態,如圖2所示,具體分析如下:
(1) 工作模態1[t0~t1](見圖2a)
t0之前,原邊電流沿Vin-N1-C-N2進行環流,大小為Iav(其值由公式8得出);繞組N1和N2反串聯,繞組兩端電壓為零,因此副邊整流二極管D1、D2、D3、D4同時導通,整流橋支路電流為Io/2。在t0時刻,S1開通,Vin加在N1上,IN1增大;VC加在N2上,IN2減小并反向增大。在副邊,流過D1、D4的電流增大,流過D2、D3的電流減小。到t1時刻,ID1增大到負載電流,ID2減小到零
 (2) 工作模態2[t1~t2] (見圖2b)
t1時刻,D1、D4流過全部的負載電流,D2、D3處于關斷狀態。電源Vin通過繞組N1和開關管S1提供勵磁和負載電流,勵磁電流上升斜率為Vin/L1電容C電壓VC通過開關管S1和繞組N2提供部分負載功率和一半的勵磁能量在此期間,該電路結構在工作原理上相當于兩個單端正激電路的并聯
(3) 工作模態3[t2~t3] (見圖2c)
t2時刻,關斷開關管S1,由于繞組N1中的電流IN1大于繞組N2中的電流IN2,S2的反并聯二極管DS2被迫導通,VC通過回路C-N1-DS2為N1繞組去磁,同時,N1繞組中的漏感能量也通過該回路釋放到箝位電容C中。由于DS2的導通,Vin-DS2-N2構成另一回路,釋放N2中漏感能量,IN2減小并反向增大,當時,DS2自然關斷,此工作模態結束。在該過程中,由于DS2的導通,故S2兩端的電壓為零,S1兩端的電壓為VC+Vin=2Vin
(4) 工作模態4 [t3~t4] (見圖2d)
在此期間,開關管S1和S2都關斷,Vin-N1-C-N2形成回路,此時形成環流電流Iav,繞組N1和N2反向串聯,原邊兩繞組電壓都為零,因此,加在開關管上的電壓都為Vin。副邊整流二極管D1、D2、D3、D4同時導通,ID1開始減小,ID2開始增加。
2.2 箝位電容作用
從工作原理分析知:僅僅在推挽電路基礎上添加一箝位C,推挽正激電路的工作原理便大不同于推挽電路。箝位電容C的作用可以歸納為以下4點:
(1) 抑制開關管的尖峰電壓推挽正激電路提供了一個由N1-C-DS2組成的能量吸收回路,把S2的漏、源電壓箝位在Vin+VC。電容C在開關管S1關斷的瞬間,儲存繞組N1漏感的部分能量,因而開關管S1上的尖峰電壓較小;在開關管S2導通時,電容C的能量釋放到負載,沒有能量損耗。
(2) 提高工作效率推挽正激電路采用了無損吸收技術,在抑制尖峰電壓的同時,箝位電容也參與能量的轉換,提高了能量轉效率。
(3) 抑制磁芯偏磁推挽正激電路中,箝位電容C的電壓是浮動的,任何磁芯瞬態雙向不對稱磁化因素,都會導致VC在原有基礎變化,從而迫使磁芯穩態時雙向磁化對稱。
(4) 減小輸入電流脈動電容C在S1S2都不導通時保持了從電源吸收能量的電流Iav使得輸入電流的波動為KIo/2, 而在推挽電路中,輸入電流波動為KIo。因此,在同等功率輸出情況下,推挽正激電路的電流脈動僅為推挽電路的一半,降低了對輸入電網的電磁干擾。

......



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