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DC/DC功率变换器软开关技术及Pspice仿真

发布时间:2020-07-02 发布时间:
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引言
随着生产技术的发展,电力电子技术的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面,目前功率变换器的开关变换技术主要采用两种方式:脉宽调制(PWM)技术和谐振变换技术。传统的PWM控制方式由于开关元件的非理想性,其状态变化需要一个过程,即开关元件上的电压和电流不能突变,开关器件是在承受电压或流过电流的情况下接通或断开电路的,因此在开通或关断过程中伴随着较大的损耗。变频器工作频率一定时,开关管开通或关断一次的损耗也是一定的,所以开关频率越高,开关损耗就越大,因而硬开关变换器的开关频率不能太高。相比之下软开关变换器的作用是,当电压加在器件两端或者电流流经器件时,抑制功率器件转换时间间隔,即软开关的开关管在开通或关断过程中,或是加于其上的电压为零,或是通过器件的电流为零。这种开关方式明显减小了开关损耗,不仅可以允许更高的开关频率以及更宽的控制带宽,同时又可以降低dv/dt 和电磁干扰。本文为了更好地说明不同软开关技术的区别,采用Pspice软件对其中两种有代表性的变换电路进行了仿真和分析。


图1 升压半波模式的零电压开关准谐振变换器原理图


图2 开关管通断及其所受电压应力仿真波形


图3 升压零电压PWM变换器原理图


图4 主副开关管的驱动仿真波形
软开关的原理
谐振开关技术的核心问题是为器件提供良好的开关工作条件,使得器件在零电压或零电流条件下进行状态转变,从而把器件的开关损耗降到最低水平。
软开关下的器件通断可以明显减少功率的开关损耗。
减小开关损耗通常有以下两种方法:在开关管开通时,使其电流保持在零或抑制电流上升的变化率,减少电流与电压的重叠区,从而减少开通的功率损耗,即零电流导通;在开关管开通前,减小或消除加在其上的电压,即零电压导通。
减小关断损耗有以下两种方法:开关管关断前,减小或消除加在其上的电流,即零电流关断;开关管关断前,减小或消除加在其上的电压,即零电压关断。

DC/DC变换器
软开关的分类及特点
DC/DC功率变换器目前所采用的几种方法如下:谐振变换器、准谐振变换器和多谐振变换器、零电压开关PWM变换器、零电流开关PWM变换器、零电压转换PWM变换器和零电流转换PWM变换器。
谐振变换器
该类变换器实际上是负载谐振型变换器,按照谐振电路的谐振方式,分为串联谐振变换器和并联谐振变换器两类。按负载与谐振电路的连接关系,也可分为两类:一类是负载与谐振回路相串联,称为串联负载谐振变换器;另一类是负载与谐振回路相并联,称为并联负载谐振变换器。在谐振变换器中,谐振元件一直谐振工作,参与能量变换的全过程。其缺点是:该变换器输出性能与负载关系很大,对负载的变化很敏感,电压调节一般采用频率调制方法,滤波电路参数难于选择,并且电路稍显复杂。



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