設(shè)備環(huán)境考試功率變換電路

3.2.1 功率變換電路

功率變換電路是整個高頻開關(guān)電源的核心部分。功率變換電路將大功率的高壓直流轉(zhuǎn)換成低壓直流，這個過程顯而易見是整流器最根本的任務(wù)。衡量功率變換電路的好壞，主要有兩點：一是功率轉(zhuǎn)換過程中效率是否高；二是功率變換電路的體積是否小，特別是大功率電路。

功率變換電路的電路：高壓直流-高壓交流一降壓變壓器一低壓交流一低壓直流〃由于變壓器體積與工作頻率成反比，提高變壓器的工作頻率就能有效地減小變壓器體積。所以功率變換電路又可以描述成：高壓直流-高壓高頻交流一高頻降壓變壓器一低壓高頻交流一低壓直流的過程。

根據(jù)功率變換電路輸出功率的大小，開關(guān)頻率的工作范圍，以及開關(guān)管上所承受的電壓、電流的不同，功率變換電路有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。隔離式DC/DC功率變換器是高頻開關(guān)整流器的重要部分，本節(jié)主要介紹常用的推挽式功率變換電路、全橋式功率變換電路和半橋式功率變換電路。

1.推挽式功率變換電路

推挽式功率變換電路原理電路圖如圖3-2所示。

推挽式功率變換電路工作原理分析。閣3-2中兩只功率開關(guān)管F71、嚇2由柵極驅(qū)動電路以PWM工作方式驅(qū)動而交替導(dǎo)通和截止，VT‘、兩功率開關(guān)管的波形如圖3-3（a）所示。在各自導(dǎo)通的半個周期內(nèi)’輸入直流電壓E被變換為高頻方波交流電壓相互交替地施加在高頻變壓器的兩個原邊繞組上。當(dāng)F71被驅(qū)動導(dǎo)通時，輸入電源電壓？通過F7]加到髙頻變壓

流或電壓自然過零時使開關(guān)器件關(guān)斷或開通。準(zhǔn)諧振方式也稱邊緣諧振技術(shù)，是在PWM開關(guān)上附加諧振網(wǎng)絡(luò)，利用局部諮振實現(xiàn)ZVS或ZCS.諧振和準(zhǔn)諧振方式的特點都足將開關(guān)軟化，減小器件電和熱的應(yīng)力，使高頻化成為可能。但存在需要采用變頻控制的缺點，因此控制方式不如PWM控制方便：而且變壓器電感等磁性元件按最低頻率設(shè)計，很難實現(xiàn)小型化：此外由于頻率變化，變壓器、電感難以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，工作狀態(tài)不理想。

從20世紀(jì)80年代后期開始，軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)入到第3個階段，就是將PWM技術(shù)和準(zhǔn)諧振技術(shù)相結(jié)合，使變換器一周期內(nèi)，一部分時間按ZCS或ZVS準(zhǔn)諧振變換器工作，另一部分時間按PWM變換器工作，這樣，變換器既有電壓過零或電流過零控制的軟開關(guān)特點，又有PWM恒頻調(diào)寬的特點。H前這種軟開關(guān)方式主要有兩種：零開關(guān)-PWM變換和零轉(zhuǎn)換-PWM變換，這兩種技術(shù)都是研究的熱點，在一定程度上代表了電源功率變換的設(shè)高技術(shù)之一。芩轉(zhuǎn)換-PWM變換器FI前較多地停留在實驗室階段，零開關(guān)-PWM變換則已經(jīng)在全世界許多電源生產(chǎn)廠家中被廣泛應(yīng)用。

在脈沖寬度調(diào)制的DC/DC功半變換電路中，功率開關(guān)管是在有電壓和電流時開通或關(guān)斷的，這種開關(guān)方式稱作硬幵關(guān)。功率開關(guān)管若在其漏、源極電壓為零時導(dǎo)通，而導(dǎo)通電流降至零時才關(guān)斷，這種開關(guān)方式稱作軟開關(guān)，軟開關(guān)工作過程中的開關(guān)損耗是很小的。軟開關(guān)可分為零電壓開關(guān)（ZVS）和零電流開關(guān)（ZCS）。零電壓開關(guān)（ZVS）和零電流開關(guān)（ZCS）原理模型如圖3-8所示。

圖3-8（a）所示為零電流關(guān)斷原理模型，當(dāng)F7導(dǎo)通時，電感L和電容C組成并聯(lián)諧振M絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中電容C的電場能揪1/（2CV2）與電感的磁場能量言1/（2LI2），按正弦電流方式相互交換而形成電路諧振，當(dāng)正弦諧振電流經(jīng)過零點時，用外電路同步觸發(fā)方法使F7關(guān)斷，由此實現(xiàn)零電流關(guān)斷（ZCS）。

閣3-8（b）所示為零電壓開通原理模型，當(dāng)關(guān)斷時，電容C與電感Z?由外電路構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，諧振電容C兩端的電壓按正弦規(guī)律變化，當(dāng)電容C兩端電壓經(jīng)過零點時，由外電路同步觸發(fā)使FT開通，從而實現(xiàn)零電壓開通（ZVS）。

由上述ZVS和ZCS原理圖及其工作過程可以看出，開關(guān)電路中電容和電感產(chǎn)生諧振是實現(xiàn)零電壓開通和零電流關(guān)斷的必要條件。當(dāng)諧振電容兩端電壓為零時功宇開關(guān)訝開通、諧振電感中電流為零時功率開關(guān)管關(guān)斷則是完成軟開關(guān)的最佳時機(jī)。

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