关键字 |
| 提高转炉,缓冲器细胞,无电流过渡,问世至今过渡。 |
介绍 |
| 开关频率转换器的操作中起着重要的作用。与高频PWM直流-直流转换器已经广泛应用于各种电力电子应用,如功率因数校正、电池充电,和可再生能源的应用由于其高功率密度,快速瞬态响应和缓解和简单控制。然而,由于高频操作切换损失发生,并具有较高的电磁干扰(EMI),和穷人转换器效率[1]。PWM变换器的开关损失和EMI噪声主要是生成在接通和断开开关瞬变[2]。 |
| 传统的转换器采用硬切换或传统的切换和被称为“硬开关转换器。打开期间,通过开关的电压会增加,目前倾向于减少,导致一些切换损失。同样关闭期间电压会增加,电流会降低整个开关。它会导致一些切换损失。最近,开关型电源变得更小、更轻,因为更高的开关频率。然而,更高的开关频率造成大量的周期损失在打开和关闭,导致增加整个系统的损失。操作与传统的硬开关高频脉宽调制(PWM)转换器是有限的,因为大量的开关损耗。它会导致一些切换损失,影响操作的效率。高开关损失最远方的减少转换器的电源处理功能从而减少寿命,导致有限的效率。也过渡间隔多久时间和造成传导损失在一个开关周期[3]。 |
| 在传统ZCT-PWM转换器或“硬切换”PWM转换器[4],主要与佐和ZVS开关关闭。佐附近的辅助开关打开。电路的操作主要是依赖于负载条件下的转换器。总开关打开时,二极管的反向恢复电流流经的主要二极管和结果之间发生短路主开关和二极管。辅助开关关闭的硬开关及其寄生电容放电开关[3],[10][7]。在传统的问世至今过渡(ZVT) pwm变换器[2],ZVT完美的主要开关打开的缓冲器单元。和总开关关掉在接近零电压开关(ZVS)。主要的二极管ZVS下打开和关闭。接近零电流开关的辅助开关打开(佐)和关闭与传统的硬开关过程。变换器的工作频率定义了它的大小和成本。 In order to find a better solution to the problem of ZVT and ZCT converters, many ZVT–ZCT–PWM dc–dc converters are proposed that combines the ZVT and ZCT ideas that are suggested in the research works done in [9], [15], [16]. In these types of converters, the main switch turns ON and turns OFF with zero voltage and zero current, respectively. But the auxiliary switch is turned ON and turned OFF by soft switching method. Further in [9], the main switch turns OFF and turns ON with ZCS and ZVS. And also the main diode turns ON and turns OFF with ZVS.The drawbacks of the converter are the input voltage must be smaller than half of the output voltage for soft-switching operation, there is a presence of additional current stress on the switches, switching intervals taking long time and cause conduction losses over one switching cycle. In [15], the main switch turns ON with zero voltage transition and turns OFF with zero current transition. It does not have any additional voltage and current stresses on the main switch and the main diode. Also with further advances in the field, a magnetic coupled inductance is used in the circuit which adds to the complexity of the circuit. And when the magnetic coupling is not proper, parasitic oscillations takes place and losses occur due to the presence of leakage inductance. The turn off of the auxiliary switch by soft switching method and the transfer of the energy stored in the inductor are very difficult in converter circuit and require additional auxiliary circuits to accomplish the process. |
| 最远方的EMI滤波器的设计和控制电路拓扑结构复杂,很难进行优化和分析。由于更高的环状电流传导损失将随后增加[10]。因此提出了许多解决方案,以减少转换器的开关损失,到目前为止,大量的软交换技术提出了减少开关损耗,但只有在牺牲效率和降低成本的PWM变换器的性能。 |
| 进行了大量的工作在这方面和提交的论文数量,解决问题的传统的变换器电路[2],[3],[5],[8]。但是最主要的缺点是增加在电路元件的电压和电流应力和降低效率。为了克服上述问题,一个新的ZVT-ZCT-PWM直流-直流转换器结合ZVT-ZCT方法还建议[7],[9],[10]。各种半导体技术的进步产生高功率设备促进了高功率密度的众多应用程序中非常重要的实用和先进的解决方案。在这些转换器,打开或关闭过程发生在ZVS和/或佐在很短的零电压过渡(ZVT)或ZCT时间提供的共振。因此,谐振转换器是用来运行在更高的开关频率。多数新软开关转换器降低开关损耗只有牺牲多增加开关的电压/电流应力,从而导致大幅提高传导损失。 |
| 因此,切换的问题提出了进一步的研究工作。详细研究了这些上述参数时,分析,有可能提高转换器的操作范围和效率。发现,有一个良好的范围为克服这些危险现象提出一些控制策略和操作拓扑的变化。因此这使电力电子领域的一个重要人事变动,但找到这个问题的最佳解决方案是使用一个新的活跃的缓冲器单元boost变换器设计的这个提议以软切换甚至更高的开关频率和性能可以通过操作在高频增强水平与软切换(SS)技术[1]通过实现缓冲器。 |
| 一个广泛的文献调查和研究对当前拓扑得出的需要一个转换器的优点ZVS和佐技术和消除传统转换器的缺点的一个更好的选择是有一个转换器ZVS和佐,在创建一个过渡期的打开和关闭开关。谐振转换器是一个家庭的软开关转换器谐振槽添加到转换器,能显著降低切换损失通过减刑的实现零电压开关(ZVS)或零电流开关(佐)。谐振转换器效率高,体积小,重量轻、快速动态响应、低组件压力和低噪声。应用程序这样的ZVT-ZCT PWM直流-直流转换器适用于功率因素校正电路和可再生能源转换器,效率高是主要[1]。 |
| 这种软开关(SS)技术允许操作提出了转换器的功率密度更高的开关频率导致更高效率的前提下。开关必须提供反向电压阻断功能,为此他们必须由IGBT、MOSFET的手段有反向电压阻断二极管。阻尼器可以控制电压和电流,发生在零电压和零电流切换,从而显著增加功率级的可靠性。在拟议的工作,减少设备的尺寸和重量的散热器不是必需的。 |
| 有三个方法提出的变换器的效率高 |
| •控制范围的操作期间,晶体管电流和电压波形不相互重叠由于电路的功耗降低。 |
| •在这个转换器半导体器件在软切换下运行,因此切换损失完全消除。 |
| •有微不足道的环状电流辅助电路的主开关,主开关最大电流和传导损失并不增加。 |
系统模型和假设 |
| 以下假设是由变换器的分析: |
| 1。输入电压是恒定的。 |
| 2。主要感应远远大于谐振电感器。 |
| 3所示。输出电容器是足够大的假定输出电压是恒定的,涟漪自由。 |
| 4所示。谐振电路的理想。 |
| 在这项研究中提出的电路是一个新的活跃的缓冲器细胞完全打开和关闭ZVT ZCT分别和开发没有任何相当大的增加成本和转换器的复杂性。这就是所谓的一个新的ZVT-ZCT PWM变换器图1所示。电路中,输入电压源,是主要的电感器,输出作为滤波电容器的电容。S1是一个总开关,主要由一个晶体管T1和身体有一个二极管D1。缓冲器的缓冲电路形成电感Ls,缓冲器电容器Cs和辅助开关S2,辅助晶体管分别T2和D2is身体二极管和二极管旁路二极管防止辅助开关上的额外的压力。这项工作提出了一种有效的软切换技术共振提高变换器拓扑结构与一个活跃的缓冲器单元。它首先介绍了分析的系统操作,支持一个数学描述和使用MATLAB-Simulink平台还提供了仿真结果。 |
| 如图所示电路中,是主要的开关,由IGBT和辅助开关MOSFET组成。最初,截止状态。主要是输入电流通过二极管。缓冲器电容器的电压取决于谐振电路的效率。当打开信号应用于门口,共振开始发展之间,由于电流增加,电流下降。当前的上升速度是由连接在系列。因此打开与佐定义软切换(SS)。同时负责一个特定的值。由于这种下降为零,成为负以关闭。现在,进行输入电流。 At this stage a new resonance between and starts. is a parasitic capacitor which is assumed to be sum of capacitances of switch [1]. When becomes zero, the energy stored in it is further transferred to the resonant circuit for its operation. Now turns ON with nearly ZVS condition. Resonance between the snubber components continues for further also. This shows the ZVT duration of the main switch. Hence is turned OFF with ZCT without any additional current stress on it. Diode becomes ON. Snubber circuit does not work when current through snubber inductor reaches zero and hence it is similar to ON stage of the conventional boost converter where snubber is inactive. |
| 然后控制信号,应用于一个新的共振开始和它与佐打开。关闭ZVS和佐。共振之间,开始,谐振电路。被删除的控制信号,主要负责线性输入电压和二极管ZVS下是关闭的。这类似于从传统模式提高转换器的缓冲器是不活跃的。这上面的解释就完成一个转换周期。 |
设计注意事项 |
| 系统设计包括的主要计算的计算以及负载参数的阻尼器组件。 |
| 1。谐振电容Cr |
| 谐振电容Cr是寄生电容之和的S1和其他寄生电容结合。Cr的价值大约是1 nf。 |
| 2。阻尼器电感Ls |
| 与佐打开辅助开关,计算所需的电感Ls系列 |
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| 3所示。缓冲器电容器Cs |
| 谐振电容器根据瞬态计算的间隔。瞬态选择间隔之和小于20%的转换时期。 |
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| 4所示。输出滤波电容器Cf |
| Cf是输出滤波电容器,用来过滤掉涟漪和谐波转换操作。 |
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| 该电路是专为1千瓦,1000 khz占空比为60%的主要开关。 |
| 从上面的设计参数提出的电路模拟软件包MATLAB仿真软件,因此适当的结果得到如下所示。98%的总体效率。获得的值可以视为第一近似,可以在下一节中进一步验证。 |
仿真结果和讨论 |
| 这部分提供了该电路的仿真结果。它提供了软切换方法,因此晶体管开关分别在ZVS和佐。变频器的输出电流正弦形状。 |
| 图2显示了该变换器的仿真软件模型配置。电路使用MATLAB仿真方案的输入电压200 v, 100 KHz的开关频率和占空比为60%。这个波形图3所示的电压主开关。IGBT作为主要开关电路。 |
| 由于IGBT是用来打开和关闭迅速,一个常数可以观察到脉冲波形在开关的电压等于转换器的输出电压。大电流、高电压和高开关频率对IGBT的操作。 |
| 图4显示了当前的主要开关变换器。由于IGBT是少数电荷载子设备,它具有较高的载流能力。这个属性是有用的在更高的频率操作,必须使用大电流。软开关技术是适用于快速IGBT电流相对较小的尾巴。然而,使用佐技术消除了电压和电流重叠通过强制切换前的开关电流为零电压上升。 |
| 图5显示了电流流经的辅助开关转换器。MOSFET及其身体二极管用作辅助开关在拟议的工作。电压是一个脉冲波,通过软开关变换器。辅助开关并联直流输入电压源。附近问世至今刺激条件是由电流注入的辅助分支包含谐振电感器,一个辅助开关,制动装置电容器。主开关是打开主开关的电压下降至零后的共鸣。 |
| 软开关条件维持在非常宽的线和负载范围。同时,辅助元件上的电压和电流应力在允许的水平。因此,可以利用一个辅助开关与较小的寄生电容和辅助开关的接通损失较小,如图6所示 |
| 图7显示了缓冲器电容器的电压。缓冲器电容器或谐振电容起着至关重要的作用通过充电输出电压转换器操作。选择缓冲器电容器充电大约输出电压,当积累的能量缓冲器电感是完全转移到它。 |
| 输出电容器足够大,以便保持输出电压恒定水平和波纹是免费的。ZCT持续时间往往会增加当Cs和Ls增加如图8所示。ZCT持续时间取决于共振Ls和Cs之间。因此,由于共振发生在很短的时间在操作期间,转换器作为正常PWM变换器在大部分时间电路的一个额外的优势。 |
| ZVT和ZCT的发生主要集中在提出变频电路。图9显示了这个很明显。软开关不仅能适用于半导体器件在最初的转换器,而且缓冲器细胞。 |
| 这些IGBT、MOSFET器件在电力电子领域扮演着至关重要的角色被用于许多直流应用程序由于效率高、快速切换,低传导电压降,和高载流能力。IGBT是选择的设备当大电流、高电压应用被认为是由于其容易驱动MOS栅。由于消除软开关的切换损失,效率比传统的电路相对较高。的电压、电流和控制波形的主要开关S1,鉴于在图3中,可以看出S1操作软开关条件下完全打开和关闭流程。之间没有重叠的电压和电流波形的主要开关。图9显示了ZVT-ZCT实现主开关,很明显,该电路克服了传统的缺点。该转换器的整体效率是衡量额定输出功率的98%。 |
效率的讨论 |
| 图10显示了该小说的效率图ZVT-ZCT提高转换器。图解释了不同输出功率的不同效率。图形绘制与转换器的效率(%)轴与转换器的输出功率(瓦特)轴。在传统转换器效率是有限的运作在更高频率时,当频率增加,波形变得扭曲。因此,当这个条件分析和令人信服的结果是通过执行模拟计算参数变化对电路配置提出的考虑各种价值观的输出功率,可以看出,变换器的效率与参数被认为是大幅增加。从图表可以得出结论,获得最大效率时输出功率约接近1千瓦用于变换器设计的。同时,可以看出,该变换器的效率值远高于硬开关变换器。获得的效率以恒定100 kHz的频率决定要超过98%。这表明,变换器的效率可以在更高的频率大大增加了操作而无需切换损失。自从转换器设计简单与最小数量的组件,这种拓扑可以很容易地应用到其他PWM变换器。 |
结论 |
| 本文提出了一种新的有源阻尼器细胞提供ZVT和ZCT而分别打开和关闭主开关。完全消除开关损失和EMI噪声,软交换是适用于所有提出的半导体器件。任何额外的电流和电压应力并不发生在开关。此外变换器具有结构简单、易于控制,成本低。因此,缓冲器单元可以很容易地应用于其他PWM转换器。拟议的工作设计1千瓦,100 kHz的工作周期60%和98%的理想的效率是实现提高变换器的可靠性。该变换器结合了传统的变换器的有利特性开发ZVT-ZCT转换器。循环的能量很小,可以忽略。转换器可以工作在更高的频率,可用于各种工业应用。 |
数据乍一看 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
图10 |
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引用 |
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