隔离型双半桥DC-DC变换器的软开关特性

发布时间：2019-10-12 07:13

【摘要】：分析了隔离型双半桥(DHB)DC-DC变换器的软开关特性。首先介绍DHB变换器的工作原理,详细分析DHB变换器的软开关过程。通过理论建模和定量分析,给出各开关管实现零电压开通的充要条件。总结谐振电流、变换器输出功率和死区时间与实现零电压开通的三条规律,推导出各开关管软开关实现所允许的变换器最小输出功率的解析表达式。然后,提出一种改进的占空比控制策略,有效地扩宽了变换器的软开关运行范围,有助于变换器实现稳定的软开关运行。最后,通过样机实验验证了所提的理论分析以及改进控制方法的正确性和有效性。
【图文】：

拓扑结构图,隔离型,拓扑结构,变换器

鈉卸缟糠治觥?本文考虑DHB变换器的开关过程中死区时间，对变换器的软开关特性进行了深入研究。通过理论建模和定量分析推导了各开关管的软开关工作范围，讨论了电路参数与软开关工作范围之间的关系。根据理论分析的结果和规律，提出了一种改进的占空比控制方法，有效扩大了DHB的软开关工作范围，确保变换器实现稳定的软开关。最后，通过一台额定功率600W的样机，验证了本文相关理论分析以及提出的控制方法的正确性和有效性。1DHB变换器的工作原理1.1DHB变换器的拓扑结构隔离型双向双半桥DC-DC变换器的拓扑结构如图1所示。一次侧半桥Q1/VD1、Q2/VD2与二次侧半桥Q3/VD3、Q4/VD4分别位于高频变压器T的两侧。低压侧电池单元通过输入电感Li接在一次侧半桥中点处。电感Ls为变压器漏感折算到一次侧的等效电感值与外接补偿电感值的总和。开关管Q1和Q2，Q3和Q4分别都以互补的方式交替导通，而且在变压器一次、二次侧半桥上分别形成方波电压vp和vs，它们之间存在移相角，的大小和符号决定了变换器功率传输的大小和方向。四个支撑电容C1～C4，其电压为V1～V4。Cr1～Cr4为各个开关管的结电容与其可能外加的辅助并联电容之和，其电压为vCr1～vCr4。图1隔离型双向双半桥DC-DC变换器的拓扑结构Fig.1IsolateddualhalfbridgeDC-DCconverterDHB变换器在Boost模式下一个开关周期内的电压、电流波形如图2所示。一个开关周期Ts可以由t1～t12共12个时刻划分为12个工作模态。图2Boost模式下一个开关周期内的电压、电流波形Fig.2VoltageandcurrentwaveformsinaswitchingperiodinBoostmodeDHB在这12个工作模态内的运行原理已经在文献

电流波形,开关周期,电压,电流波形

饕淮巍⒍鋥尾喟肭派戏直鹦纬煞讲ǖ缪?vp和vs，它们之间存在移相角，的大小和符号决定了变换器功率传输的大小和方向。四个支撑电容C1～C4，其电压为V1～V4。Cr1～Cr4为各个开关管的结电容与其可能外加的辅助并联电容之和，其电压为vCr1～vCr4。图1隔离型双向双半桥DC-DC变换器的拓扑结构Fig.1IsolateddualhalfbridgeDC-DCconverterDHB变换器在Boost模式下一个开关周期内的电压、电流波形如图2所示。一个开关周期Ts可以由t1～t12共12个时刻划分为12个工作模态。图2Boost模式下一个开关周期内的电压、电流波形Fig.2VoltageandcurrentwaveformsinaswitchingperiodinBoostmodeDHB在这12个工作模态内的运行原理已经在文献[7,8]中对其进行了详细的分析，本文不再赘述。在这12个模态中，存在四段死区时间。（1）t1～t2：Q1、Q2都处于关断状态，Cr1、Cr2和Ls发生谐振，电压vCr2下降同时电压vCr1上升。在t2时刻Q2导通以前，vCr2已经下降为0，t2时刻Q2为零电压导通。（2）t5～t6：Q3、Q4都处于关断状态，，Cr3、Cr4和Ls发生谐振，电压vCr4下降同时电压vCr3上升。（3）t7～t8：Q1、Q2都处于关断状态，Cr1、Cr2和Ls发生谐振，电压vCr1下降同时电压vCr2上升。（4）t11～t12：Q3、Q4都处于关断状态，Cr3、Cr4和Ls发生谐振，电压vCr3下降同时电压vCr4上升。1.2DHB变换器的稳态运行分析根据对称性，变换器在Buck模式下的工作原
【作者单位】：北京交通大学电气工程学院;北京京能清洁能源电力股份有限公司;北京科锐博润电力电子有限公司;
【基金】：北京市科技计划课题资助项目(D131104002013003)
【分类号】：TM46

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