基于模塊串聯(lián)的小功率變流器(全文)

1、基于模塊串聯(lián)的小功率變流器XX:TP274XX:BXX:1004-373X(20XX)04-196-02LowPowerCurrentTrnsformerBsedonSerilModuleYNGZhohui,ZHNGJing,LINGBojun(SchoolofElectronicndControlEngineering,ChngnUniversity,Xin,710064,Chin)bstrct:kindofTopologyDC/DClowpowercurrenttrnsformerbsedonserilmodule,whichispplicbletothehighvoltgeinput(t

2、he1kVisbove)isintroduced.Thebsicprinciplesofvergevoltgendvergecurrentrenlyzed.Theinfluenceofcomponentprmeteronvergevoltgendvergecurrentisdiscussed.doptingthemoduledesign,mkinguseofthebsicmoduleinseriesofinputsidetosolvetheDCinputvoltgeishigherthnthehighestpressureofswitch.Withoutincresingthecomplexi

3、tyofcontrol,selectingthelevelofinputserilmodule,mkingtheinputelectricvoltgeshighsseverlthousndvoltsevententhousndvolts.Keywords:currenttrnsformer;oscilltingcircuit;bsicserilmodule;vergevoltgendvergecurrent0引言在一些特別場合,需要將高輸入電壓（如1kV以上）變?yōu)榈洼敵鲭妷汗┙o輔助電源等設(shè)備,因此需要選用能滿足高輸入電壓的DC/DC變流器。由于MOSFET的耐壓等級大都在1000V以下,IGB

4、T耐壓等級雖然較高但用在小功率場合顯然不經(jīng)濟(jì),因此用傳統(tǒng)的DC/DC變換電路實(shí)現(xiàn)有一定難度1-3。電路結(jié)構(gòu)基本模塊圖1給出了基本模塊的結(jié)構(gòu),基本模塊由一半橋DC/DC變換電路及其驅(qū)動電路兩部分構(gòu)成。圖1基本模塊結(jié)構(gòu)為了便于增加輸入側(cè)基本模塊的串聯(lián)級數(shù),每個(gè)基本模塊均由相應(yīng)的驅(qū)動芯片操縱,驅(qū)動芯片由基本模塊自身供電,靠其自激振蕩產(chǎn)生半橋電路的驅(qū)動信號。 TOC o 1-5 h z 采取50%恒占空比操縱,為了幸免半橋電路中橋臂的直通,應(yīng)在其開關(guān)器件的驅(qū)動信號中加入一死區(qū)時(shí)間,其具體值由開關(guān)器件的開關(guān)特性決定4-5。主電路拓?fù)渲麟娐凡扇∪齻€(gè)基本模塊在輸入側(cè)串聯(lián),輸出側(cè)并聯(lián)的方式,其拓?fù)淙鐖D2所示。

5、工作原理從主電路拓?fù)鋪砜?，輸入級由三個(gè)半橋結(jié)構(gòu)的橋臂電容C1C6串聯(lián)起來承受輸入電壓Vin,因此不可幸免地存在電容的均壓問題;而輸出級由三組整流橋并聯(lián)起來共同對負(fù)載供電,故而存在均流問題。該電路靠輸出電壓VOUT在三個(gè)變壓器原邊的折算值對橋臂電容的箝位作用來實(shí)現(xiàn)均壓,在電壓均衡的基礎(chǔ)上自動均流6-8。均壓原理分析電路未起動時(shí)，靠電阻R1R6實(shí)現(xiàn)靜態(tài)均壓。電路正常工作時(shí),三個(gè)基本模塊同時(shí)向負(fù)載供應(yīng)能量。如果模塊1由于變壓器輸出電壓值偏低而使四個(gè)整流二極管均處于反偏狀態(tài),則模塊2和模塊3將向負(fù)載提供更多的能量而其承擔(dān)的電壓下降,模塊1承擔(dān)的電壓相應(yīng)升高,從而促使使其整流橋?qū)?達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)它們共

6、同向負(fù)載提供能量。圖2主電路拓?fù)淅硐肭闆r下,認(rèn)為副邊整流二極管的導(dǎo)通壓降相同,三個(gè)變壓器為參數(shù)一致的理想變壓器。實(shí)際電路中,整流二極管的導(dǎo)通壓降,變壓器的原副邊匝數(shù)和副邊繞組繞線電阻都會對均壓效果產(chǎn)生較大的影響。只要嚴(yán)格操縱這些參數(shù),便可取得良好的均壓效果。均流原理分析三個(gè)基本模塊輸入級的半橋單元為串聯(lián)結(jié)構(gòu),當(dāng)它們承擔(dān)的電壓相同時(shí),必定向后級供應(yīng)相同的能量。當(dāng)三個(gè)基本模塊的效率相同時(shí),它們輸出的能量也應(yīng)相同。而三個(gè)基本模塊輸出級的全橋整流單元均箝位于同一輸出電壓VOUT,故三個(gè)模塊向負(fù)載提供的電流相同?？梢?在電壓均衡的基礎(chǔ)上,該電路可自動實(shí)現(xiàn)均流。另外,由于該拓?fù)洳淮嬖诃h(huán)流通路,所以,即使在

7、三路電流略有不均的情況下也不會產(chǎn)生環(huán)流。起動過程分析實(shí)際電路中三個(gè)基本模塊的器件性能和元件參數(shù)的不一致性,使得當(dāng)輸入電壓Vin逐漸上升時(shí),三個(gè)基本模塊很難做到同時(shí)起動10。在三個(gè)基本模塊均未起動時(shí)，由于電阻R1R6的靜態(tài)均壓作用,使得三個(gè)基本模塊承擔(dān)的電壓相同。如果某一時(shí)刻,模塊1已起動,但模塊2和模塊3還均未起動。模塊1承擔(dān)的電壓將因其向后級供能而降低,模塊2和模塊3承擔(dān)的電壓則相應(yīng)提高,從而逐一啟動。由于操縱芯片有UVLO滯環(huán)操縱,首先起動的模塊將不會因其承擔(dān)的電壓降低而停止工作。仿真與實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證均壓原理的正確性,用Sble仿真軟件對圖2所示的拓?fù)溥M(jìn)行了仿真。仿真模型中，橋臂電容C1C6

8、均為22以F,整流二極管正向?qū)▔航禐?.76V,輸入電壓VIN為1000V,輸出功率50W。圖3給出的仿真結(jié)果,各曲線從上到下分別表示電容C1C6的“+”端和直流負(fù)載線之間的電壓。圖3變壓器原副邊匝比對均壓影響的仿真結(jié)果圖3()為三個(gè)基本模塊變壓器參數(shù)一致,原邊匝數(shù)均為75匝,副邊匝數(shù)均為112匝時(shí)的仿真結(jié)果;圖3(b)為基本模塊1變壓器副邊匝數(shù)偏小10%,即副邊匝數(shù)為101匝時(shí)的仿真結(jié)果?？梢?變壓器原副邊匝比對均壓性能影響明顯,變壓器原副邊匝比偏大的模塊,其橋臂電容承擔(dān)的電壓較大。圖3()對應(yīng)的仿真輸出電壓為247.32V,圖3(b)對應(yīng)的仿真輸出電壓為238.61V,可以驗(yàn)證,各電容承

9、擔(dān)電壓的仿真值與理想情況下的理論分析結(jié)果(按式(1)得出的計(jì)算結(jié)果)相符。結(jié)語在此提出了一種適用于高壓輸入的DC/DC小功率變流器拓?fù)?。該拓?fù)洳扇∧K化設(shè)計(jì);操縱策略簡單,各模塊獨(dú)立操縱,無需同步;該電路可實(shí)現(xiàn)自動均壓均流,無需附加措施,且不存在環(huán)流危害。當(dāng)輸入電壓Vin變高時(shí),只需增加輸入側(cè)基本模塊的串聯(lián)級數(shù)即可,因此本電路在高壓輸入下,特別是輸入電壓高達(dá)幾千伏甚至上萬伏時(shí),具有一定的有用價(jià)值。參考文獻(xiàn)ToruTnzw,YoshinoriTkno,TdyukiTur,etl.DesignofSenseCircuitforLow-VlotgeFlshMemoriesJ.IEEEJournlof

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