基于SiC器件ISOP移相全桥变换器整流振荡抑制
发布时间：2022-01-21 11:27
目前地铁车辆的辅助供电系统采用集中式供电方式,供电网电压等级提高至1 500 V,由于目前全碳化硅（SiC）器件电压电流等级限制,所以采用输入串联输出并联（ISOP）的移相全桥（PSFB）拓扑来减小器件的电压应力,提高系统功率等级,但是SiC器件对于电路参数非常敏感,非常容易产生振荡,影响系统运行稳定性。分析了整流振荡产生的机理,对常规振荡抑制方法以及ISOP系统均压均流方法进行了阐述,并对此方法进行了仿真和实验验证,发现初级二极管箝位方法和次级RCD吸收方法都可以对整流振荡产生抑制,但是会严重影响效率。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(11)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１?ＰＳＦＢ直流变换器??Ｆｉｇ．?１?ＰＳＦＢ?ｄｉｒｅｃｔ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??
关管的漏源极等效电容在死区时间??内发生谐振，实现４个开关的零电压开通。??图１为ＰＳＦＢ直流变换器拓扑。??ＶｉｌＫ＾ＴＣ＇Ｖ２ｉＫ＾Ｔ，??ＶＤ，?ＶＤ，，??ＶＤ３ｍ?Ｌｒ??ＶＤＲ，Ｚ＾：．ＶＤＲ３２Ｓ＾，，??」Ｌｒ．１?￣￣Ｉ?Ｒ??Ｃｄ??ＷｌＶＡＷ??ＶＤｒ??Ｃｏ：??＼＼Ｕ〇??图１?ＰＳＦＢ直流变换器??Ｆｉｇ．?１?ＰＳＦＢ?ｄｉｒｅｃｔ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??将ＰＳＦＢ的输入端串联、输出端并联可以得到??串入并出集成化结构，具体如图２所示。串入并出??结构的优点为：①每个模块的输入电压为总输入??电压的１／２，这样可以大幅度降低开关器件的电压??应力；②低压功率器件可以应用于输入高压场合，??降低开关管的导通损耗，提高了系统整体的效率；??③在低压输出场合，ＩＳＯＰ结构提高了每个模块的??电压转换率，系统整体效率得到了提高。??图２?ＩＳＯＰ?ＰＳＦＢ直流变换器??Ｆｉｇ．?２?ＩＳＯＰ?ＰＳＦＢ?ｄｉｒｅｃｔ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??由于输入端采用串联模式，因此各电源模块??输入端电容的可靠性和安全性必须加以重视，一??般采用两个电容串联的设计方式，以防止电容失??效造成母线电压短路。为了保证系统工况下稳定??工作，需要保证输入电容均压，输出模块均流，否??则模块间会出现环流问题，增大系统损耗，甚至导??致系统无法工作。??３整流管两端电压振荡原理和抑制??３．１?整流管电压振荡??整流管的电压振荡机理可以通过ＰＳＦＢ的工??作状态来描述，图３为ＰＳＦＢ在一个开关周期内??第５４卷第１１期??２０２０年１１月??电力电子技术??Ｐ
的工作波形，由于篇幅限制，直接介绍整流振荡的??产生原理。从ｈ时刻开始，初级电流ｉｐ增长到足够??提供负载电流，整流管ＶＤＲ，和ＶＤＲ４关断，整流管??ＶＤＫ和ＶＤ？３通过所有电流，初级电流继续增大，??寄生电容ｃＲ１和ＣＲ４开始充电，初级电流相当于分??为两部分，一部分为相应的负载供电，另一部分给??Ｃｎｉ和充电。??根据发生振荡时的工作模态，可以得到换流??暂态过程的等效电路，如图４所示，此阶段谐振电??感４和寄生电容Ｇ发生谐振，仏振荡，即整流管??电压振荡。??图４换流暂态过程等效电路??Ｆｉｇ．?４?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｆｏｒ?ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??由于两个二极管的寄生结电容是并联关系，??所以等效电路中的Ｇ为两个二极管寄生结电容??之和，另外为折算到次级的谐振电感值。根据??等效电路，整流管寄生电容电压可用下式表示：??ＵＣｒ＝ｆ／ｓ－ｉ／ｓＣＯＳ［Ｗ〇（ｔ－ｔ３）］＝ｎｆ／ｂ｛ｌ－ＣＯＳ［Ｗ０（Ｚ－？３）］｝?（?１?）??式中：＜ｕ〇＝ｉ／ｖｚ７ｓｒ。??因此，可以知道，整流管电压可谐振达到的峰??值为加＾，同样的，变压器次级电压受此影响也??会发生同样的振荡，进而影响到变压器初级电压??产生振荡。??图５为变压器初级电压振荡实验波形，其中??为变压器初级电压为谐振电感前电压。??＂（１０?ｕｓ／格）??图５实验波形??Ｆｉｇ．?５?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｗａｖｅｆｏｒｍｓ??由图５可见，整流管电压振荡对于变压器初??级电压的影响，可见，变压器工作的整个过程都有??零电压零电流开关等多种软开关形式，从而大大降??低了开关
【参考文献】：
期刊论文
[1]移相全桥整流二极管电压尖峰及震荡研究[J]. 张吴斌,吕国芳. 电子设计工程. 2016(01)
[2]地铁辅助逆变电源的研究[J]. 罗仕维,龙永红,李军军. 新型工业化. 2016(02)
[3]城轨车辆辅助电源系统供电方式与电路拓扑结构分析[J]. 程永谊. 机车电传动. 2013(02)
[4]城轨地铁车辆辅助电源系统研究与发展[J]. 赵清良,刘清,曾明高. 机车电传动. 2012(01)
[5]多变换器模块化串并联组合系统[J]. 陈武,阮新波,颜红. 电工技术学报. 2009(06)
硕士论文
[1]对称半桥三电平LLC谐振变换器及其控制方法研究[D]. 郭潇潇.西南交通大学 2017
[2]箝位电路抑制移相全桥副边电压振荡的研究[D]. 李双燕.哈尔滨工业大学 2016
[3]新型软开关弧焊逆变电源的研制[D]. 汪殿龙.沈阳工业大学 2003
本文编号：3600173
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(11)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１?ＰＳＦＢ直流变换器??Ｆｉｇ．?１?ＰＳＦＢ?ｄｉｒｅｃｔ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??
关管的漏源极等效电容在死区时间??内发生谐振，实现４个开关的零电压开通。??图１为ＰＳＦＢ直流变换器拓扑。??ＶｉｌＫ＾ＴＣ＇Ｖ２ｉＫ＾Ｔ，??ＶＤ，?ＶＤ，，??ＶＤ３ｍ?Ｌｒ??ＶＤＲ，Ｚ＾：．ＶＤＲ３２Ｓ＾，，??」Ｌｒ．１?￣￣Ｉ?Ｒ??Ｃｄ??ＷｌＶＡＷ??ＶＤｒ??Ｃｏ：??＼＼Ｕ〇??图１?ＰＳＦＢ直流变换器??Ｆｉｇ．?１?ＰＳＦＢ?ｄｉｒｅｃｔ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??将ＰＳＦＢ的输入端串联、输出端并联可以得到??串入并出集成化结构，具体如图２所示。串入并出??结构的优点为：①每个模块的输入电压为总输入??电压的１／２，这样可以大幅度降低开关器件的电压??应力；②低压功率器件可以应用于输入高压场合，??降低开关管的导通损耗，提高了系统整体的效率；??③在低压输出场合，ＩＳＯＰ结构提高了每个模块的??电压转换率，系统整体效率得到了提高。??图２?ＩＳＯＰ?ＰＳＦＢ直流变换器??Ｆｉｇ．?２?ＩＳＯＰ?ＰＳＦＢ?ｄｉｒｅｃｔ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??由于输入端采用串联模式，因此各电源模块??输入端电容的可靠性和安全性必须加以重视，一??般采用两个电容串联的设计方式，以防止电容失??效造成母线电压短路。为了保证系统工况下稳定??工作，需要保证输入电容均压，输出模块均流，否??则模块间会出现环流问题，增大系统损耗，甚至导??致系统无法工作。??３整流管两端电压振荡原理和抑制??３．１?整流管电压振荡??整流管的电压振荡机理可以通过ＰＳＦＢ的工??作状态来描述，图３为ＰＳＦＢ在一个开关周期内??第５４卷第１１期??２０２０年１１月??电力电子技术??Ｐ
的工作波形，由于篇幅限制，直接介绍整流振荡的??产生原理。从ｈ时刻开始，初级电流ｉｐ增长到足够??提供负载电流，整流管ＶＤＲ，和ＶＤＲ４关断，整流管??ＶＤＫ和ＶＤ？３通过所有电流，初级电流继续增大，??寄生电容ｃＲ１和ＣＲ４开始充电，初级电流相当于分??为两部分，一部分为相应的负载供电，另一部分给??Ｃｎｉ和充电。??根据发生振荡时的工作模态，可以得到换流??暂态过程的等效电路，如图４所示，此阶段谐振电??感４和寄生电容Ｇ发生谐振，仏振荡，即整流管??电压振荡。??图４换流暂态过程等效电路??Ｆｉｇ．?４?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｆｏｒ?ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??由于两个二极管的寄生结电容是并联关系，??所以等效电路中的Ｇ为两个二极管寄生结电容??之和，另外为折算到次级的谐振电感值。根据??等效电路，整流管寄生电容电压可用下式表示：??ＵＣｒ＝ｆ／ｓ－ｉ／ｓＣＯＳ［Ｗ〇（ｔ－ｔ３）］＝ｎｆ／ｂ｛ｌ－ＣＯＳ［Ｗ０（Ｚ－？３）］｝?（?１?）??式中：＜ｕ〇＝ｉ／ｖｚ７ｓｒ。??因此，可以知道，整流管电压可谐振达到的峰??值为加＾，同样的，变压器次级电压受此影响也??会发生同样的振荡，进而影响到变压器初级电压??产生振荡。??图５为变压器初级电压振荡实验波形，其中??为变压器初级电压为谐振电感前电压。??＂（１０?ｕｓ／格）??图５实验波形??Ｆｉｇ．?５?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｗａｖｅｆｏｒｍｓ??由图５可见，整流管电压振荡对于变压器初??级电压的影响，可见，变压器工作的整个过程都有??零电压零电流开关等多种软开关形式，从而大大降??低了开关
【参考文献】：
期刊论文
[1]移相全桥整流二极管电压尖峰及震荡研究[J]. 张吴斌,吕国芳. 电子设计工程. 2016(01)
[2]地铁辅助逆变电源的研究[J]. 罗仕维,龙永红,李军军. 新型工业化. 2016(02)
[3]城轨车辆辅助电源系统供电方式与电路拓扑结构分析[J]. 程永谊. 机车电传动. 2013(02)
[4]城轨地铁车辆辅助电源系统研究与发展[J]. 赵清良,刘清,曾明高. 机车电传动. 2012(01)
[5]多变换器模块化串并联组合系统[J]. 陈武,阮新波,颜红. 电工技术学报. 2009(06)
硕士论文
[1]对称半桥三电平LLC谐振变换器及其控制方法研究[D]. 郭潇潇.西南交通大学 2017
[2]箝位电路抑制移相全桥副边电压振荡的研究[D]. 李双燕.哈尔滨工业大学 2016
[3]新型软开关弧焊逆变电源的研制[D]. 汪殿龙.沈阳工业大学 2003
本文编号：3600173
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