谐振变换器的应用DC-To-DC能量转换

拉梅什Halakurki¹,拉梅什Gollapalli²

教授,EEE称,Sreenivasa技术和管理研究所Chittoor,印度安得拉邦
PG学生,EEE称,Sreenivasa技术和管理研究所Chittoor,印度安得拉邦

文摘

谐振功率转换通常采用脉冲宽度调制相比,具有很多优点,,低电磁干扰,开关损耗低,体积小,和重量轻的组件由于开关频率高、效率高和低在二极管反向恢复损失结果低di / dt即时切换。这谐振变换器用于直流电(dc)成直流能量转换的应用程序。提出了谐振变换器拓扑由半桥inductor-capacitor-inductor (L-C-L)谐振逆变器和一个二极管桥式整流。然后,谐振变换器的输出阶段通过使用低通滤波器过滤。测量谐振变换器的能量转换效率达到88.3%。Capacitor-inductor-capacitor (CL - C)谐振变换器可取比L-C-L谐振变换器;因为,它也提高了能量转换效率和降低了设备成本。C-L-C谐振变换器的效率是93%。此外,测试结果证明令人满意的谐振变换器的性能。此外,该转换器是高度承诺等电力电子产品的应用开关电源、电池充电器、不间断供电系统,可再生能源发电系统、电信电力供应。

关键字

谐振逆变器、二极管桥式整流,L-C-L C-L-C共振坦克。

介绍

直流-直流转换器是一个类的电源转换器。它将一个直流源的一定程度的电压到另一个直流电压水平。同时,直流-直流转换器可以调节输出电压。直流对直流转换器通常运行在两种转换方法;一个是线性模式转换和另一个是切换模式转换。线性监管机构只能给出了输出低电压输入。线性监管者非常低效当当前高对应的电压降,散热,它等于产品的输出电流和电压降;由于这个原因通常不用于大幅减少大电流应用。开关直流对直流转换器一个级别的直流电压转换到另一个层面上,通过输入能量暂时储存在一个电压,然后释放能量的输出不同的电压。存储可以在磁场存储组件如电感、变压器或静电场存储电容组件。 This conversion method is more efficient than linear mode voltage regulation, up to 75% to 98%. This efficiency is very useful to increasing the running time or operation time of the battery operated devices.

在电能转换应用程序中,开关电源转换器中起着重要作用。这些直流(dc)——到dc转换器是道德上采用工业、商业和住宅设备。大部分的逆变器市场现在天利用PWM(脉宽调制)技术。基于PWM逆变器技术是在许多因素最优利用传统技术相比于其他逆变器设计。在实际分析中,通过半导体开关的电压或电流突然打断称为刚性开关PWM。硬开关PWM方案很大程度上是采用现代电力能量转换的应用程序,因为它的简单性和易于控制。

高开关频率意味着更小、更轻的重量电感,电容和过滤器组件的转换器。与开关频率的增加,电磁干扰(EMI)和开关损失增加,最终dc-to-dc电力转换器的效率和性能下降。

解决上述问题,一些软切换方法必须在高开关频率下运行。有两种常用的软切换的方法,一个是零电压开关,另一个是零电流切换计划,在这期间电压或电流为零切换模式,这在很大程度上降低了开关损耗和电磁干扰(EMI),这些也会增加电力转换器可靠性。

软切换dc-to-dc转换器结构以级联方式共振dc-to-alternating电流(ac)逆变器,谐振回路和桥式整流器。给定的直流输入功率首先是由谐振逆变器转换为交流电源,然后这个交流电源转换回直流电源的整流器。

提取的能量从一个谐振回路;谐振转换器可以分为三类首先是串联谐振转换器二是并联谐振变换器和最后一个是串并联谐振转换器。谐振电感Lr和谐振电容Cr系列。主要问题出现在本系列转换器轻负荷调节,高循环能源和关闭当前高输入电压状态。并联谐振转换器结合形成的电容和一个电感和另一个电容器是放置在二极管整流转换器。并联谐振变换器的主要问题具有较高的循环能量,高关闭电流在高输入电压状态。串并联谐振变换器、谐振回路的变换器相当于并联谐振逆变器,除了额外的电容器串联谐振电感器。这个转换器不能安全地运作与短路开关频率接近共振频率和能量转换阶段的这个转换器没有大小和成本最小化和简化的结果更进入应用的直流能量转换。从上面的三个不同的谐振变换器拓扑结构表明,并联谐振变换器的最优拓扑进入直流能量转换的应用程序由于其许多优点包括低开关损耗、低压力、低噪声特性。所以,并联谐振变换器通常推荐dc-to-dc能量转换的应用程序由于其简单的电路和典型的输入特征。

电路描述和操作原则

图2显示了dc-to-dc L-C-L槽谐振变换器能量转换系统,在这两个电容C1和C2的输入侧变换器很大,将直流输入电压分成两半。元素Lr1, Lr2和Cr形成了t形谐振回路。给定的直流输入功率首先是由谐振逆变器转换为交流电源,然后这个交流电源转换回直流电源通过整流电路。和负载电阻R是连接在一个桥式整流整个低通滤波电容器有限公司与调节输出。

答:电路工作原理

以下分析假设转换器工作在连续导电模式,在半导体所理想的特点。图3显示了理想化的稳态电压和电流波形的提议L-C-L谐振变换器的开关频率超过谐振频率fo fs。操作上面的共振是首选的,因为力量在零电流零电压开关打开;因此,随心所欲的二极管不需要非常快的反向恢复特性。

L-C-L谐振变换器的稳态操作在一个开关周期可分为四个模式。

模式1 -(ω0t0和ω0t1之间):

电压出现在共振能量槽+ Vs / 2和−Vs / 2之间生成一个方波电压输入端子。全桥整流器输入电压是Vb当ilr2 (t)是积极和Vb当ilr2 (t)是负的。ω0t0之前,进行有功功率开关S2,当前等于当前ilr1谐振回路。当打开电源开关S1ω0t0,谐振回路电流ilr1是负的,流经随心所欲的二极管D1。在那一瞬间ω0t1,谐振回路电流ilr2逆转和自然从随心所欲的整流二极管D1有功功率开关S1。图4显示了模型L-C-L谐振变换器的等效电路。

模式2 -(ω0t1和ω0t2之间):

起价ω0t1这种模式的操作,当当前ilr1共鸣箱共鸣从负值为零。ω0t2,开关S1被迫关闭,积极的当前ilr1流经随心所欲的二极管D2底部。图5显示了模式2的等效电路。

模式3 -(ω0t3和ω0t4之间):

这种模式始于ω0t3,当二极管D2,随后产生谐振电感Lr1之间的阶段,Lr2和电容器Cr,电感Lr1 Lr2和电容器Cr产生共鸣。ω0t4之前,选通脉冲VGS2兴奋活跃的电源开关S2。图6显示了模式3的等效电路。

模式4 -(ω0t4和ω0t5之间):

当电容器电压ilr2是正的,整流二极管根据DR1和DR2打开问世至今在即时ω0t4条件。图7显示了模式4的等效电路。在电感电流的积极著ilr2,电力供应通过桥式整流二极管负载根据DR1 DR2。在负著重的电感电流,通过桥式整流二极管负载提供电能DR3 DR4。

C-L-C谐振变换器的工作原理

C-L-C谐振变换器的电路描述是一样L-C-L谐振变换器相比,唯一的不同之处在于谐振回路。以防Lr1-C-Lr2谐振变换器、谐振回路连接组件是由T时尚,如Cr1-L-Cr2谐振变换器,谐振回路是由连接组件在¯害怕害怕一个½¯½方式如图8所示。

像L-C-L谐振变换器,两个电容器将电源电压分成两半,然后逆变电路将给定的直流电源转换为交流电源,这可以给谐振回路。谐振回路的存储设备存储能量,然后将这种交流电源转换成直流电源采用二极管桥式整流和输出可以调节通过滤波电容器。

操作特征

假设有功功率开关的切换频率要大于共振频率,谐振电流是连续的。由于输出电压是假定为常数签证官,桥式整流器的输入电压,Vb,签证官当iLr2积极和−签证官当iLr2是负的。的谐振变换器桥式整流器dc-to-dc阶段能量转换系统分析了考虑傅里叶级数的基本频率的电压和电流。由于这个近似误差相当小,当开关频率高于共振频率。

接下来,桥式整流器的输出电压Vb可以形容的傅里叶级数

电压Vb的基本组成部分

当前在桥式整流器的输出电感电流的全波整流形式iLr2。因此,纠正电感电流的平均值| iLr2 | =输出负载电流Io。如果当前iLr2电感近似正弦波的振幅ILM1,输出电流的平均值Io

输入电流的基波分量

这个等效电路输出电阻的值是根据电压和电流强度的比值在桥式整流器的输入终端。电阻可以被定义为

所需的组件值L-C-L谐振变换器中描述如下表1

C-L-C谐振变换器的电路参数如表2所示。这里C-L-C谐振转换器也经营着相同频率但只在谐振槽组件的差异。

共振频率的表达式f0从C-L-C获得谐振回路

C-L-C谐振变换器L-C-L谐振转换器相比更有优势,这是L-C-L谐振转换器组件的成本少,转换器的大小也更少。L-C-L谐振变换器两个电感,由于这个转换器的规模很大但在C-L-C共鸣箱转换器只有一个电感器是用来获得所需的输出。更快的响应中获得C-L-C共鸣箱转换器也该转换器的效率增加了93%。相比这两个转换器C-L-C谐振转换器是最佳首选。

模拟结果为该L-C-L谐振转换器

原型构建和实施学术通过许多样品通过改变输入演示L-C-L谐振变换器的有效性。发达的拓扑结构是连接到一个24 v直流源。表我列出了电路参数提出L-C-L谐振变换器的电路模拟还使用MATLAB软件执行此外谐振转换器实现在实践中最后仿真和实际结果进行了比较。

图中显示当前通过inductor-1 (Ilr1)组件的一部分L-C-L谐振槽的形状近似正弦响应。

图10显示了通过电容器的电压(Vcr)和响应的波形正弦

图11显示了逆变电路的电压或电压的输入终端L -氯谐振回路。

图12输出电压电阻R0获得

上面的图12显示了输出电压(V0)在输出电阻测量。该转换器的输出是直流波形是时不变的常数大小。

仿真结果为C-L-C谐振转换器

代替L-C-L谐振槽被C-L-C谐振槽,然后通过观察仿真结果与实际值与上述结果。电感、电容的性能特征和输出电压波形的模拟。

图13显示了电流通过电感器之间的连接在两个平行谐振电容和波形的形状是长方形。

图14显示的电压连接的电容器谐振逆变器的输出是输入的C-L-C谐振槽波的形状是在自然的正弦。

图15显示的电压谐振电容器(Cr2)相连接的输出谐振回路的输入二极管桥式整流。

图16显示了输出电压测量的电阻(R0)连接在二极管桥式整流器的输出终端这个波形的形状是单向的,意味着它常数级。

结论

这项工作发展L-C-L谐振变换器和C-L-C谐振变换器的桥式整流器dc-to-dc能量转换的应用。L-C-L谐振变换器结构更简单,更便宜的比传统的控制机制,这需要许多组件。L-C-L谐振变换器拓扑的特点是零电压切换,降低切换损失,提高能量转换效率与传统的转换器。输出电压/电流可以确定从谐振回路的特性阻抗变换器的开关频率可调,而提出的谐振变换器应用于负载以产生所需的输出条件。实验结果给出了建议的有效性L-C-L共鸣箱转换器。L-C-L谐振变换器的能量转换效率是88.3%,这很令人满意,当谐振电路操作上面磁共振应用于dc-to-dc转换器。在C-L-C谐振变换器,降低切换损失比L-C-L谐振转换器,提高能量转换效率高达93%。极好的性能是实现以较低的成本和更少的电路元件比C-L-C共鸣箱转换器与相比L-C-L谐振转换器。

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