推挽變換器在軟開關(guān)與硬開關(guān)工作模式下的比較探討

1、推挽變換換器在軟軟開關(guān)與與硬開關(guān)關(guān)工作模模式下的的比較研研究馬小林，馬皓(浙江大大學(xué)，浙浙江 杭杭州 33100027）摘要：對對于工作作在軟開開關(guān)和硬硬開關(guān)兩兩種模式式下的推推挽結(jié)構(gòu)構(gòu)的DCC/DCC變換器器作了比比較研究究，分析析了它們們各自的的優(yōu)缺點點，并從從工程應(yīng)應(yīng)用角度度出發(fā)，研制了了一臺3300WW的DCC/DCC變換器器。 關(guān)鍵詞：推挽變變換器；串聯(lián)諧諧振；軟軟開關(guān)；硬開關(guān)關(guān) 1 引言言 在DCC/DCC升壓式式電路中中，通常常采用的的拓撲結(jié)結(jié)構(gòu)有BBoosst、BBuckkBooostt和推挽挽三種。而當(dāng)輸輸入電壓壓比較低低（如單單節(jié)蓄電電池供電電時僅112V），功率率不太大大

2、的情況況下，一一般優(yōu)先先采用推推挽結(jié)構(gòu)構(gòu)。 硬開關(guān)關(guān)在推挽挽電路中中應(yīng)用已已比較成成熟，本本文先針針對硬開開關(guān)技術(shù)術(shù)，分析析其在工工程應(yīng)用用中存在在的弊端端，進而而引入軟軟開關(guān)技技術(shù)22,3,4，并作一一比較分分析。最最后，按按照產(chǎn)品品設(shè)計要要求，研研制了一一臺3000WDDC/DDC變換換器。結(jié)結(jié)果表明明，運用用這種拓拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計的的升壓變變換器具具有諸多多優(yōu)點。 2 硬開開關(guān)電路路 2.1 工作原原理 圖1為為推挽式式硬開關(guān)關(guān)電路的的工作原原理圖1。它有33種工作作模式： 圖1 硬硬開關(guān)電電路原理理圖 模式11 Q11導(dǎo)通，Q2截止，原邊電電流流經(jīng)經(jīng)Q1，同時時變壓器器副邊電電流通過過D

3、1和D4向負載載供電； 模式22 Q22導(dǎo)通，Q1截止，原邊電電流流經(jīng)經(jīng)Q2，同時時變壓器器副邊電電流通過過D3和D2向負載載供電； 模式33 Q11和Q2都截止止，原邊邊不向副副邊傳輸輸能量，則負載載的能量量來自副副邊的濾濾波電感感L和濾濾波電容容C。 2.2 分析 圖2和和圖3是是變換器器工作時時功率管管兩端的的電壓波波形。由由于電感感的原因因，功率率管導(dǎo)通通電壓降降呈鋸齒齒波形，見圖33中的vvdsoon。 圖2 功功率管工工作波形形圖3 功功率管導(dǎo)導(dǎo)通電壓壓降 變換器器工作條條件如下下： Vi=122V，VVo=2000V，Io=1.55A； fs=500kHzz，L=2000HH，R

4、1=R2=100/22W， C1=C2=0.01F，功功率管為為BUZZ1000SL。 測得整整機效率率僅為774，且功率率管發(fā)熱熱比較嚴嚴重。通通過改變變吸收電電路參數(shù)數(shù)，并聯(lián)聯(lián)功率管管，調(diào)節(jié)節(jié)輸出濾濾波參數(shù)數(shù)顯示，并聯(lián)功功率管和和適當(dāng)增增加L值可以以明顯提提高整機機的效率率（見表表1）。具體分分析如下下： 1）增增大吸收收電容，可以降降低功率率管關(guān)斷斷時的沖沖擊電壓，減小功功率管的的關(guān)斷損損耗，但但通過吸吸收電容容轉(zhuǎn)移過過來的能能量必須須由吸收收電路中中的功率率電阻在在一個開開關(guān)周期期內(nèi)給消消耗掉，故整機機效率還還是沒有有提高，只是實實現(xiàn)了功功耗的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移。 2）并并聯(lián)功率率管時，開關(guān)導(dǎo)導(dǎo)通

5、電阻阻減小，在導(dǎo)通通電流不不變的情情況下，開關(guān)的的導(dǎo)通損損耗下降降，整機機效率得得以提高高； 3）增增大輸出出濾波電電感時，折算到到原邊的的電感也也隨之增增大，由由L=Vi可知，此時流流經(jīng)功率率管電流流的變化化率降低低，電流流的峰值值下降，則開關(guān)關(guān)的導(dǎo)通通損耗也也隨之下下降。但但當(dāng)電感感增大到到一定值值時，由由于電感感自身損損耗的增增加大于于開關(guān)導(dǎo)導(dǎo)通損耗耗的減小小，則整整機效率率反而下下降。 表1 硬硬開關(guān)時時效率隨隨參數(shù)變變化情況況電感L/H 100 200 400 500 效率/ 單管 72 74 82 80 并管 75 78 88 84 電感的的增加，帶來變變換器的的體積和和成本的的增

6、大。如何在在不增加加變換器器的體積積和成本本的基礎(chǔ)礎(chǔ)上提高高效率？因此將將串聯(lián)諧諧振軟開開關(guān)技術(shù)術(shù)引入到到推挽變變換器中中2,3,44。 3 軟開開關(guān)電路路 3.1 工作原原理 圖4為為軟開關(guān)關(guān)電路的的原理圖圖，圖55是理想想工作波波形。它它有4種種工作模模式： 圖4 軟軟開關(guān)電電路原理理圖圖5 理理想工作作波形 模式11 00,t1Q1在零電電壓下導(dǎo)導(dǎo)通，通通過Lr、Cr諧振，當(dāng)流經(jīng)經(jīng)Q1的電流流諧振到到零時，Q1實現(xiàn)零零電流關(guān)關(guān)斷； 模式22 tt1,t2Q1關(guān)斷而而Q2還未導(dǎo)導(dǎo)通時，通過變變壓器剩剩余的激激磁電流流，使CCs1充電電至2VVi、同時時Cs2上的的電壓放放電到零零； 模式3

7、3 tt2,t3Q2在零電電壓下導(dǎo)導(dǎo)通，通通過Lr、Cr的諧振振，當(dāng)流流經(jīng)Q22的電流流諧振到到零時，Q2實現(xiàn)零零電流關(guān)關(guān)斷； 模式44 tt3,t4Q2關(guān)斷而而Q1還未導(dǎo)導(dǎo)通，通通過變壓器器剩余的的激磁電電流，使使Cs2充電電至2VVi、同時時Cs1上的的電壓放放電到零零。 3.2 實驗結(jié)結(jié)果 1）元元器件及及參數(shù) 在硬開開關(guān)實驗驗裝置的的基礎(chǔ)上上，調(diào)整整部分元元器件及及參數(shù)。 （1）變壓器器 磁芯仍仍用EEE55，變比由由2：22：500改為22：2：42；副邊漏漏感為550HH。 （2）諧振電電容 2ffs= Cr=（1） 式中：ffs=500kHzz為變換換器的工工作頻率率； LLr=

8、500H為為變壓器器的漏感感，即諧諧振電感感； CCr為諧振振電容，由式（1）可可得電容容為0.2FF。 （3）吸收及及濾波參參數(shù) 去掉吸吸收電路路元件RR1、C1、R2、C2及濾波波電感LL。 （4）功率管管 采用BBUZ1100SSL雙管管并聯(lián)工工作。 2）分分析 圖68為變變換器工工作在軟軟開關(guān)模模式下的的波形。其中圖圖6是仿仿真波形形，圖77和圖88是實驗驗波形。由于功功率管是是在零電電壓下開開通和零零電流下下關(guān)斷，功率管管的電壓壓應(yīng)力（圖7）相對于于硬開關(guān)關(guān)時（圖圖2）要要小。由由于功率率管是在在零電流流下開關(guān)關(guān)，故變變壓器副副邊側(cè)的的整流二二極管也也工作于于軟開關(guān)關(guān)下，所所以變換換

9、器效率率能得到到很大程程度的提提高，經(jīng)經(jīng)測試，最高可可達922.5。 圖6 功功率管電電壓波形形圖7 功功率管工工作電壓壓波形圖8 諧諧振電流流波形4 比較較分析 為進一一步揭示示軟開關(guān)關(guān)工作的的優(yōu)勢，在同樣樣的工作作前提條條件下，對兩種種工作模模式作一一實驗比比較分析析。 4.1 工作前前提條件件 輸入/輸出電電壓 12VV/2000V 輸出電電流 1.5A 變換器器的工作作頻率 50kkHz 功率管管(雙管管并聯(lián)) BUUZ1000SLL2 4.2 元件比比較 由于變變壓器原原副邊的的匝比降降低，所所以工作作于軟開開關(guān)模式式下的變變壓器可可采用EEE500磁芯和和骨架。 表2列列出了兩兩種

10、電路路采用的的不同元元件。 表2 硬硬開關(guān)與與軟開關(guān)關(guān)兩種電電路所需需元件比比較開關(guān)類型型 變壓器磁磁芯和骨骨架 輸出濾波波電感 輸出濾波波電容 諧振電容容 吸收電路路 硬開關(guān) EE555 360H 220F/2250VV 不需要 R=100/22W C=0.01F/550V 軟開關(guān) EE500 不需要 3.3F/2250VV 0.2F/2250VV 不需要 4.3 主要性性能比較較 主要性性能比較較參見表表3。 表3 硬硬開關(guān)與與軟開關(guān)關(guān)兩種電電路主要要性能比比較 開關(guān)類型型 最高效率率 功率管電電壓應(yīng)力力 輸出電壓壓紋波 EMI 硬開關(guān) 88 3Vii 1.55 一般 軟開關(guān) 92.55 2Vi 0.55 較小 4.4 效率比比較 從圖99中可看看出，推推挽變換換器在軟軟開關(guān)模模式下工工作效率率比起硬硬開關(guān)模模式要高高。但其其效率隨隨輸出功功率的變變化而變變化。 圖9 變變換器的的效率5 結(jié)語語 根據(jù)以以上的理理論分析析及實驗驗驗證可可知，采采用串聯(lián)聯(lián)諧振軟軟開關(guān)技技