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Buck变换器软开关电路分析与设计

发布时间:2008/10/27 0:00:00 访问次数:881

  采用buck控制方式能够有效降低高速永磁无刷直流电机功耗,但也仍然存在一些问题:buck变换器的功率mosfet开关应力较大,因此元器件稳定性较差;由于开关频率过高,又给系统带来很大的开关损耗,需要设计风冷散热装置。因此,为提高整个系统稳定性、降低功耗,目前正在做软开关技术的实验工作。

  对比几种软开关特性和实现难易程度后,本节介绍的系统选择了zcs ̄pwm软开关变换器进行实验。假设输出滤波电感足够大,输出电流几为定值,电路工作原理如图1所示。

  t0~t1,谐振电感电流上升阶段,如图2所示。



  t0时刻开通vt,,由于lr中电流不能突变,而且开通瞬间主二极管vd续流,且输出电流不变,所以可以认为vt1零电流开通。il=uit/lr线性上升,到t1时刻达到几,vd零电压关断。


  t1~t2,,lr,cr谐振阶段。谐振方程如下

il在t1时刻为io,其为负载输出电流,因此认为在t1时刻谐振初始电流为零,ω=1/√lrcr。到t2时刻il=io,vd2、cr支路电流下降为零,uc正好谐振到2ui.解(图3)得

  1.t2~t3恒流阶段

  进人pwm工作方式,il=io。

  2.t3~t4,lr、cr再次谐振阶段
  
  谐振方程如下:

  在t3~t4阶段.有3点可以实现vt1软管断。vt1可以在t31零电流关断,t32零电压关断,t4零电流关断。但考虑电路特性,选在t4时刻零电流关断vt1。t3时刻导通vt2。vt2零电流开通,解式(4-31)得

  vt1零电流关断,t4时刻il=0,△t为il=0的时间,此时vt与t4的值为

  3. t4~t5,cr放电阶段

  t4时刻后uc电压以-io/cr下降。到t5时刻下降到零,续流二极管vd零电压开通。

  4. t5~t6,二极管续流阶段

  此阶段任意时刻关断vt2,vt2零电压关断。

  为确保任何时候vt,都可以零电流关断,谐振电感电流必须能够回零。由(4-32)得


  为减小谐振电容、电感工作时对pwm控制的影响,需要将谐振频率尽量缩短,即提高谐振频率。设谐振频率fr与开关频率fs关系为fsr=nfs,n取值为4~10。

  欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www.dzsc.com)





  采用buck控制方式能够有效降低高速永磁无刷直流电机功耗,但也仍然存在一些问题:buck变换器的功率mosfet开关应力较大,因此元器件稳定性较差;由于开关频率过高,又给系统带来很大的开关损耗,需要设计风冷散热装置。因此,为提高整个系统稳定性、降低功耗,目前正在做软开关技术的实验工作。

  对比几种软开关特性和实现难易程度后,本节介绍的系统选择了zcs ̄pwm软开关变换器进行实验。假设输出滤波电感足够大,输出电流几为定值,电路工作原理如图1所示。

  t0~t1,谐振电感电流上升阶段,如图2所示。



  t0时刻开通vt,,由于lr中电流不能突变,而且开通瞬间主二极管vd续流,且输出电流不变,所以可以认为vt1零电流开通。il=uit/lr线性上升,到t1时刻达到几,vd零电压关断。


  t1~t2,,lr,cr谐振阶段。谐振方程如下

il在t1时刻为io,其为负载输出电流,因此认为在t1时刻谐振初始电流为零,ω=1/√lrcr。到t2时刻il=io,vd2、cr支路电流下降为零,uc正好谐振到2ui.解(图3)得

  1.t2~t3恒流阶段

  进人pwm工作方式,il=io。

  2.t3~t4,lr、cr再次谐振阶段
  
  谐振方程如下:

  在t3~t4阶段.有3点可以实现vt1软管断。vt1可以在t31零电流关断,t32零电压关断,t4零电流关断。但考虑电路特性,选在t4时刻零电流关断vt1。t3时刻导通vt2。vt2零电流开通,解式(4-31)得

  vt1零电流关断,t4时刻il=0,△t为il=0的时间,此时vt与t4的值为

  3. t4~t5,cr放电阶段

  t4时刻后uc电压以-io/cr下降。到t5时刻下降到零,续流二极管vd零电压开通。

  4. t5~t6,二极管续流阶段

  此阶段任意时刻关断vt2,vt2零电压关断。

  为确保任何时候vt,都可以零电流关断,谐振电感电流必须能够回零。由(4-32)得


  为减小谐振电容、电感工作时对pwm控制的影响,需要将谐振频率尽量缩短,即提高谐振频率。设谐振频率fr与开关频率fs关系为fsr=nfs,n取值为4~10。

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