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類型分類:
科普知識
數(shù)據(jù)分類:
DC-DC模塊電源

DC-DC變換器原理解析

發(fā)布日期:2022-04-17 點擊率:218

  系統(tǒng)采用電壓閉環(huán)控制方式,調節(jié)器采用變參數(shù)數(shù)字PI算法,實現(xiàn)了模擬系統(tǒng)難以實現(xiàn)的復雜算法和方便靈活的移相控制方案。通過一臺2 kW樣機進行了實驗,實驗系統(tǒng)的開關頻率為2 kHz。

  引言

  移相全橋ZVS DCDC變換器是目前應用最廣泛的軟開關電路之一。作為一種具有優(yōu)良性能的移相全橋變換器,其兩個橋臂的開關管均在零電壓軟開關條件下運行,開關損耗小,結構簡單,順應了直流電源小型化、高頻化的發(fā)展趨勢,因此在中大功率DCDC變換場合得到了廣泛應用,而系統(tǒng)數(shù)字化控制可進一步提高系統(tǒng)的可靠性。數(shù)字化系統(tǒng)具備完整的可編程能力,它使程序修改、算法升級、功能移植都非常容易,相對于模擬控制方式具有明顯的優(yōu)勢。DCDC變換器的數(shù)字化控制是當前的研究熱點之一。本文分析了主電路原理,采用TMS320LF2407作為主控芯片實現(xiàn)了ZVS DCDC變換器的全數(shù)字控制,并給出了實驗結果。

  1 主電路拓撲及工作原理

  ZVS PWM DCDC全橋變換器的主電路結構如圖1所示,其主要波形如圖2所示。由圖1可見,電路結構與普通雙極性PWM變換器類似。 Q1、D1 和Q4、D4組成超前橋臂、Q2、D2和Q3、D3組成滯后橋臂;C1~C4分別是Q1~Q4的諧振電容,包括寄生電容和外接電容;Lr是諧振電感,包括變壓器的漏感;T副方和DR1、DR2組成全波整流電路,Lf、Cf組成輸出濾波器,RL是負載。Q1和Q3分別超前Q4和Q2一定相位(即移相角),通過調節(jié)移相角的大小來調節(jié)輸出電壓。由圖2可見,在一個開關周期中,移相全橋ZVS PWM DCDC變換器有12種開關模態(tài),通過控制4個開關管 Q1~Q4,在A、B兩點得到一個幅值為Vin的交流方波電壓;經(jīng)過高頻變壓器的隔離變壓后,在變壓器副方得到一個幅值為Vin/K的交流方波電壓,然后通過由DR1和DR2構成的輸出整流橋,得到幅值為Vin/K的直流方波電壓。這個直流方波電壓經(jīng)過Lf和Cf組成的輸出濾波器后成為一個平直的直流電壓,其電壓值為

  UO=DVin/K(D是占空比)。Ton是導通時間,Ts是開關周期(Ts=t12-t0)。通過調節(jié)占空比D來調節(jié)輸出電壓UO。

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  圖1 變換器主電路結構

DC-DC變換器原理解析

  圖2 變換器主要波形

  由波形圖可見,移相全橋電路控制方式的特點是:

  ① 在一個開關周期Ts內,每個開關導通時間都略小于Ts/2,而關斷時間略大于Ts/2。

  ② 同一個半橋中,上、下兩個開關不能同時處于開通狀態(tài),每個開關關斷到另一個開關開通都要經(jīng)過一定的死區(qū)時間。

  ③ 比較互為對角的兩對開關管Q1、Q4和Q2、Q3的開關函數(shù)波形,Q1的波形比Q4的波形超前0~ Ton/2時間,Q2的波形比Q3的波形超前0~ Ton/2時間,因此Q1和Q2為超前橋臂, Q3和Q4為滯后橋臂。

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