推挽式变压器
14页1、推挽全桥双向直流变换器的研究1 引言随着环境污染的日益严重和新能源的开发,双向直流变换器得到了越来越广 泛的应用,像直流不停电电源系统,航天电源系统、电动汽车等场合都应用到了 双向直流变换器。越来越多的双向直流变换器拓扑也被提出,不隔离的双向直流 变换器有 Bi Buck/Boost、Bi Buck-Boost、Bi Cuk、Bi Sepic-Zeta;隔离式 的双向直流变换器有正激、反激、推挽和桥式等拓扑结构。不同的拓扑对应于不 同的应用场合,各有其优缺点。推挽全桥双向直流变换器是由全桥拓扑加全波整 流演变而来。推挽侧为电流型,输入由蓄电池供给,全桥侧为电压型,输入接在 直流高压母线上。此双向直流变换器拓扑适用在电压传输比较大、传输功率较高 的场合。本文分析了推挽全桥双向直流变换器的工作原理,通过两种工作模式的分 析,理论上证明了此拓扑实现能量双向流动的可行性,并对推挽侧开关管上电压 尖峰形成原因进行了分析,提出了解决方法,在文章的最后给出了仿真波形和实 验波形。2 工作原理图1为推挽全桥双向DC/DC变换器原理图。图2给出了该变换器的主要波形。 变换器原副边的电气隔离是通过变压器来
2、实现的,原边为电流型推挽电路,副边 为全桥电路,该变换器有两种工作模式:(1)升压模式:在这种工作模式下 S1 、 S2 作为开关管工作; S3,S4 ,S5 ,S6 作为同步整流管工作,整流方式为全 桥整流,这种整流方式适用于输出电压比较高,输出电流比较小的场合。由于电 感 L 的存在 S1、 S2 的占空比必须大于 0.5。(2)降压模式:在这种工作模式 下S3, S4, S5, S6作为开关管工作,S1、S2作为同步整流管工作,整流方 式为全波整流。分析前,作出如下假设:所有开关管、二极管均为理想器件; 所有电感、电容、变压器均为理想元件;腿2 =琢32匸 = 5 ;2.1 升压工作模式在升压工作模式下,原边输入为电流型推挽电路,副边输出为全桥整流电路。1, S2 作为开关管工作, S3 , S4, S5, S6 作为同步整流管工作。电感电流工作 于连续模式。图 1 推挽全桥双向 DC/DC 变换器0r/2 T图 2 推挽全桥双向 DC/DC 变换器电路波形以一个开关周期 T 为例:ot1: 0时刻瓦导通,此时民仍然导通,变压器原边处干短瞬态,更廃更涼经鸥,厲;吟 每園a,因电痂
3、同时自鸣的“和屿的非端漏心靈営两电温相筹时, 两翩週的台成磁势対零,铁&献卸範 线圈中没有感应电势。叫加在上 电感 电流J5b电感储能,时电感电流达最大值,gin:才1时刻关断孟,喪廃財经晒,迭构成回路,铁临磁化,吧感应电势 希为正,瓦,尿同步整瓯期f姬时刻开通此时乞仍撚导通,隸蠢戯圾曉电感储鑰I如C这段时间的工件状态与ZV2类饬 如时刻关断比,民仍然导通,更麒 涼经珊1,$瀟通,铁芯去磁,电感电涼下降。由电感在四分之一个周期内的伏砂积分为山得电路的直流増益为:昭 + K第冬(1 00=。理宀 %吧加一耳)上面的公式中w3 = w31+w32,屯为开关管尽,瓦的占空比。S5,2.2 降压工作模式 在降压工作模式下,输入为全桥电路,输出为全波整流电路。 S3, S4S6 作为开关管工作, S1, S2 作为同步整流管工作。 以一个开关周期 T 为例:0曲:D时刻洛&关断 鹉 虽还未开通,勰加潼传给原迩 虜邂娜电势反相,通过禺,禺续涼。% 片时刻开通阳 晒的“ ”端为正,吧的感应电势“ “端为正,为 通,副颜能童开始酿嫔熱77 2:与D 7类似,77 2时刻关断瓦,洛此时鬲 心还未开通,通
4、过坊,比,将电感储育&f专递给原边。以丁:与tTd类似,以时刻开通洛 民,吒的端曲负,矶的感应电势端曲负,$导通,副迦鷹开始传递给原边。由电感在四分之一个周期内的伏秒积分曲山得电路的直瀟増益:v + v,-vA 刀=o11 I1叮丿Sd,叫叽 2上面的公式中场为虽,久,虽,&的占空比。由此可凤,当比与(虽,&);禺与(几,萄 互补工件时,输入输出电压关系是相; 与( , )互补工作时,输入输出电压关系是相同由此可见,当 与( , ) 的,变换器具有很好的可逆性。缓冲电路推挽全桥双向直流变换器推挽侧的两个开关管在关断时有较大的电压尖峰。这是 由于电感 和漏感的存在。因为两管的占空比大于 0.5,所以存在共同的导通时 间,当这段时间结束关断其中一个开关管时,会引起很大的 ,形成较大的电压 尖峰加在开关管上。而全桥侧由于是电压型且不存在短路问题,所以没有电压尖 峰的问题。基于以上问题就需要采用合适的缓冲电路来缓解电压尖峰问题。3.1 缓冲电路分析与选择缓冲电路分为有损缓冲电路和无损缓冲电路两类,有损缓冲电路结构简单,便于 设计参数,例如 RCD 缓冲电路;无损缓冲电路虽不会造成电路的损失,但
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