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( 电力 电子 技术} 0 0年第 2期 20
2 0 . 004
推挽隔离式 B O T变换器的分析 与研究 O S
/ A a sadR sac IP s—u o tdB s 0 vr r n l n eerhO uhp l I l e O. T c n et Ⅷi 1 ls a e
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摘要: 研究了推挽隔离式 B OS O T变换器. 论上分析了连续模式下 的推挽隔 离式 BX S 理 () T电路 的一 些主要性 质.理论和实验都表明, 在低 电压输入 , 较大功率输 出的变换器中. 该电路具有实用意 义.
Ab ta t Ths p p rd s r e h e ~r h o u h p l ioa e OOS c n e r f m c u p l a in o f sr c : i a e e ci s t e rs c fp s - u l s ltd B b T x v ~e r 3 o a t M a pi t S me o c o i ot n r p r i n p o o e ~ r e Ll r i g i e u n e - te & e a My e e r n x e i n ~ r s l mp ra t o e t s o r p s d 3 v r -wo kn n s q e c d p tr r n z d Th o y a d e p r p e l c a n me t e u t s
1 引
言
() t～t 时 间 内,2时刻 V 3在 2 3 t 2再 次导 通 ,
目前讨论较多 的" 高频 链 " 技术 _或高 频 隔离技 储存 能量 . 1 () t～f 时间 内,3 4在 3 4 t 时刻 V 截止 ,】 u 1 e与 术_ 都是通过前 级 高频 隔离 变换 及变 压器按 一 定 2, 2 _
通过初级 线圈 N 向次级 传递 能量 . 2 的匝比来 满足 后 一 级 的解 调 输 出 电 压的 需要 .有 叠加 , 整个工作过程 是 : 存储 能量 一 升 压 向变 压器 时, 在输入 电压较低 ( 比如航 空标准 电源是 2 V) 功 7 ,
率输 出较大情 况 下 , 如果 按 B K…变换 器 设 计 前 次级输 出传递 能 量一 存 储 能 量一 升 压 向变 压器 UC 级, 则初级开关器 件的 电流应 力很大 , 开关 电流 冲 击 次级输 出传递 能量 .
及 开关 损耗 也 较大 , 效率 难 以提高 .本 文就 是针 对
这种情况研 究推挽 隔离 式 B O T变换 器 的一些 性 O S
质.
f a )
() b
2 原 理电路
图 1 推 挽隔 离 式 B OS 变换 器 的原 理 图. 是 O T
f) c
为了求解方便 , 次级 输 出为 直流 . 它与 推挽 隔离 设
式 B K 变 换器 不 同的 是 多 了 一个 升 压 电感 . UC
图 2是开关管 v
的驱 动波形 , B K变 换器 与 UC
不 同 的 是, 两 管 驱 动 渡 形 占 空 比 D 都 大 于 其
5% . 0 一有一 段公 共导通部分 .
图 2 主 要波 形
3 简要 理论分析
以下分 析均指 流过 L 岫的 电流 连续 的情 况.
3 1 电压增 益 .
图 1 原 理 电路
由文献 [ ] 1及图 2可知 , 在 储能 阶段 , 占空 其
比为 :
D2 D 一1 =2 () 1
其工作原理是 : () 1 在 o 1 间 内. V 均 导 通 .后 面 的 ～ 时 V 2
分析将表 明. 这段 时间 内变 压器 初级 相当于 短路 ,
储能.
电流连 续时,△ l=l
且 △ 与 △ 2 l l △ 2, J 分别 为 :
=
( ) t～f 时 间内,1 2在 2 t 时刻 截 止 . 两端 产生的感 应 电势 与 u 叠加 , 通过初 级线圈 N 向
次级传递 能量.
Ai = 2
譬 T
( 1一D) T
( 2 】
() 3
( 电力 电子技术) 00年第 2期 20 式中 U 0 ——次级直 流电压折算到初级时的半均电雎
2 0 . 00 4
L2 M L 代 ^ 式 ( J : 9得
.
等效 电路如 图 3 所示 , a 由式 ( ) ( ) 1 i i 2 ,3 及 A i = J il 2得到 : A
U' o M =
=
( : )
+f. f+ (. ) +f 1 + ) ( 0 1)
1
=
() 4
则初级 电压与输 出 电压的增 益为 :
M : U. () 5
由图 3 及关 系式 U = U.( a 0 2 1一D) 得变 压器 初 可
级在 传递 能量时 间内的峰值 电压为 :
Up = = () 6
一
z( ) 2f =
f f+ 一f (. ) ( . ) r+
由换路 定理 :
,( + =f (. ) 1 ) 2 + =
10 + = 1f L( . )
～
( 1 1)
() f: 加 )
+I
n
变压器次 级线圈两端 的峰值 电压为 :
) ( . )
:
(] 7
图 3 在 t～t 时 间内的等效 电路 , 是 1 2 图中 R 为 次级折 算到 初 级 的等 效 电阻, t 时刻 , 2 止, 设 l v 截 v 继 续导通, 电路方程 为 : 1 得
图 3 B O T工作等效 电路 O S
加 百( x U I- sL +~
i( ) 2 ￡ =0
式中 r =L/ R
> 1 3 )
3 2 初级工作电 流 电路 工作 过程 分 为两 段 , 3 图 b为 0 t 时 间 ～ 1
内的 等效 电路 ( V1V 均 导通 )设 在 ￡ 时刻 u0 即 ,2 , 0
导通 , 可得 电路方程为 :
(t + dt = u i j
当开关周期远小于 电路的 电磁常数时, 1) 式(3
写为 :
L
( ) t ) 一( 一U / f :i =f ( f .R )
≤ 1
(4 1)
i( ) 2 t :o
d + dt = U . f
1+ ' = 0
… () 8
根据式 (2,1 ) 1 )(4 得 及 v1v2 电流变化 曲 , 的
线如 图 2 , d所示. c2
i i i 2= i L
式中
审. o =L i
L ( l = LQ +L1 l ) 一肼 2
33 几点结论 . () 1 由式( ) 知变压器 次级脉 冲方 波幅度随 D 5可 变 化 , 越 大, D 脉冲越 窄 , 出幅度越 高, 输 其输 出功率
审2 ( L∞ +L )z 2 i —Mi 1
L-L ——变压器初级电感 ,z L j L.——初级蒲感 o, 2
M —— 互 感 系数
按 fNj ][ .( 一 ] / [ N.· U/ 1 D) I R调节. ()UC 2 B K变 换器 的管峰值 电流可 用下式计算 :
f P U. ) j( D ( D<05 ) (5 1) B OS O T变换器 的 开关 器 件 的 峰值 电流 可 用 下 式 计算 :
f :[ 0 ( ) ( 一D) p P / U D ]1
式中 P —— 输出功率 o
～
设变压器严格对 称绕制 , L =L =L, o = 即 1 2 L 1 L =LQ将 上述参数 代入 式( ) : m , 8得
.
2 o+ L q十 L一 M ( L ～ ¨
0 + , ) )一 .
( D>0 5 .)
( 6 1)
2咎 ( 0 , ) L L …. ' 0 QLM … 十 十一 , 0 . 十
2 0+ L 一 ,' 一 j — ! Q 十 L 一 M + I( .
一 I(. ) L t一) 1t+ O , 0
() 9
效率
所以 ,O T变 换器 开关 器 件的 电流 应力 要小 B OS 于 B K 变换器的开关 应力 . UC
() 3 由式 (2 可 以看 出, 1) 当开 关 管 v , 都 导 1 又假 定变 压器是 理 想 的, 为紧 耦合 , L =0 L. 通时, 且 即 , 变换器 初 级相 当 于 短路 . 它是 因为 L , 产 1k
推挽 隔 离 式 B OS O T变 换 器 的 分析 与 研 究
2 v, =5 7 L. mH, 4 图 a为 Vlv2 开关 管 的 电流 渡 , 两 生的磁通在磁 路中相互抵 消造成 的. () 4 由图 2 ,d可 以看 出 , c2 开关管 v1 的开 通 形 , 图中 可 以看 出两 开 关 管 工 作 在 B O T 升 压 , 从 O S 冲击 电流较 小. 和推 挽输 出两种 不同的状 态时开 关管 电流 应力 分配
4 实验 结果
图 4是所研制 的某航 空电源 的实验波形 .
状态 .图 4 的下 图 波形 为 电感 工作 在 连续 状 态 b中
下 电流 渡 形. 上 图 是对 应 的 一个 开 关 管 的 电流 波
形, 图中可以看 出. 从 电感 中的 电流 在开 关 管 中得到 了平 均分配 .与 图 3中理 论分 析的 电流 波形 基本 一
5 格 mu
致.
参 考 文 献
5A/ 0 格
1 李晓帆. 李善忠 差频 式高频 链逆变 电路 华中理 工大学
学 报 .9 82 (2 :0 5 19 .6 1 )5 ～5
2 张胜发 . P S wM 高频 调制 电路 [ 硕士 论文 空军 雷达 学
院 .94 19 .
5A 格 0/
3 张 占 橙. 频 开 关 稳压 电 源 广 州 : 东 科技 出版 社, 高 广
19 92
10 / 5A~r
4 张占松, 蔡宣三 开关 电源原理 与设计 北京 : 电子工业 出
版 社
收 稿 日期 :990 — 1 9 .601
图 4 实验 波 形
主开关管采用 I B , 作频 率 为 2 k z U G T工 0H .
作 者 简升
范 植 : 1 7 年 4月生 , 士 研 究生 . 研 究 方 向为 电 力 电于 技采 及 电力拖 动 . 男, 9 1 硕
定 稿 日期 9 9 1 —0 1 9 —1 1
( 接 1 上 4页)
经 实测 , 采用带 饱和 电感 的 移相全 桥零 电压开 关P WM 变 换 器 和 采 用传 统 电路 时 的 整 机 电 源在 2 %负载和 10 0 0 %负载时的效 率如 下表所示
衰 1 整 机电 源 效 率
() 5 由于饱和 电感的饱 和 电流 值 不可能为零 . 空
载时饱和 电感 没有进 入饱和 状态 , 电感 量 很大 , 滞后
桥 臂和超 前桥 臂开关 管均 处于 硬开 关状 态.
参 考 文 献
负载
2 0%
带饱和 电感
8 8% 6.
传统电路
83. 4%
l Hu G. Ch . An I r v d F l B ig Z r - l g - a mp o e ul rd e - eo Vo t e a S th wi e PW M o v r e ig a S t r b eI d c o EEE cd C n e t rUsn a u a I n u t r I
1 0% 0
8 3 8. %
8 8 5%
5 结
论
T a o . . 9 3 8 4 : 3 ～5 4 r ~ nP E. 1 9 . ( ) 5 0 3 r
2 h .G ae eo Vot eTrn io J Br g C oJ G I BT b sdZ r [ g a s in Fl
1 i e a t 1 d
PW M o v re o g o r Ap l a in I o C n et r fr Hi h P we p i t s EE Prc c o
与传统 电路相 比, 带饱和 电感的移相全桥零电 压开关 P WM 变换器 有以下几个 特点 : ()0 12 %负载 时, 滞后 桥臂 和超前桥 臂可实现零
电压开 关, 提高 了效率 .
Eet P w rA p 1 9 . 4 ( )4 5 8 . [ r o e p 1. 9 6 1 3 6 :7 ～4 0 c
3 S ts JHa d a An lssa d De in o au a 1 Re co ao h me . a i n sg fa S t r 1 e y 0 atr
A~i e S f—wi hn F lB ig DC/ C C n etr s d otS t ig ul rd e t c - D o vre I EE TrT . E . 9 4 9 3 :0 E a1 P s 1 9 . ( ) 3 9～ 3 7. 1
4 Ch .G .Z r- otg n oJ e V l ea d o a
()0 %负载时, 2 10 占空 比损 失与 2 %负载 时相 0 同, 并没有 因为软 开关 范 围的扩 大而 增 加 占空 比损
失.
Bi e W M net o g o r p lai s IE r g d P o C vr ~f e r hP we A pctn E E i o
Trm . , 9 6 1 ( ) 6 2～ 6 7. a P E 1 9 . 1 4 :2 2
() 3续流期 间环 流能量大为减 小.
() 4 大大 减小 了次 级二 极管 上 由于 初级 电感 和
收 稿 日期 :9 90 — 1 1 9 —70 定 稿 日期 :9 91 —8 1 9 .2 2
二极管结 电容引起 的 寄生 低频振荡 .
作者简介
李 剑 : . 9 5 9月生 . 士 生. 研 究方 向 为 电 力电 于 与电 力传动 . 17 年 硕
1