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移相全橋ZVS PWM直流變換器負半周工作模式分析

 
開關模態七:負半周期功率輸出過程
開關模態七:負半周期功率輸出過程
如上圖,此時T2與T3同時導通,T1與T4同時關斷,原邊電流ip的流向是T3—Lk—Lp—T2,如圖所示。
此時的輸入電壓幾乎全部降落在圖中的B,A兩點上,即UAB=-Vin, 此時AB兩點的電感量除了圖上標示出的Lp與Lk之外,應該還有次級反射回來的電感LS`(因為此時次級二極管VD2是導通的),即LS`=n2* Lf,由于是按照匝比平方折算回來,所以LS`會比Lk大很多,導致Ip上升緩慢500彩票注册链接,上升電流△Ip為
                 -△Ip=-【 (Vin-n*Uo)*(t7-t6)/( Lk+ LS`)】
此過程中,根據變壓器的同名端關系,次級二極管VD2導通500彩票注册链接,VD1關斷,變壓器原邊向負載提供能量,同時給輸出電感Lf與輸出電容Cf儲能。(圖中未畫出)
此時,               UC1 =UC4=UB =Vin    UAB=-Vin
                     UA=0V
開關模態八:負半周期超前臂諧振過程
開關模態八:負半周期超前臂諧振過程
如上圖,此時超前橋臂下管T2在t7時刻關斷500彩票注册链接,但由于電感兩端電流不能突變的特性,變壓器原邊的電流仍然需要維持原來的方向,故電流被轉移到C1與C2中,C2被充電500彩票注册链接,電壓很快會上升到輸入電壓Vin,而C1的電荷很快就被抽走500彩票注册链接,C1兩端電壓很快就下降到0V,即將A點的電位鉗位到Vin。
由于次級折算過來的感量LS`遠遠大于諧振電感的感量Lk500彩票注册链接,故基本可以認為此是的原邊類似一個恒流源,此時的ip基本不變,或下降很小500彩票注册链接500彩票注册链接。
C2兩端的電壓由下式給出
            Vc2=︱-Ip︱*(t8-t7)/(C1+C2)= Ip*(t8-t7)/2 Clead
      C1兩端的電壓由下式給出
              Vc1= Vin- 【︱-Ip︱*(t8-t7)/2 Clead】
其中Ip是在模態8流過原邊電感的電流,在t8時刻之前,C2上的電壓很快上升到Vin,C1上的電壓很快變成0V500彩票注册链接,D1開始導通。
在t8時刻之前,C2充滿電,C1放完電,即 VC2= VC4=VA=VB = Vin  VC1=VAB= 0V
模態8的時間為
          △t= t8-t7=2 Clead * Vin/ Ip
注意:此△t時間要小于死區時間,否則將影響ZVS效果。
開關模態九:原邊電流負半周期鉗位續流過程
開關模態九:原邊電流負半周期鉗位續流過程
如上圖,在t8時刻二極管D1已經完全導通續流,將超前臂上管T1兩端的電壓鉗位到0V,此時將T1打開500彩票注册链接,就實現了超前臂上管T1的ZVS開通;但此時的原邊電流仍然是從D1走,而不是T1。
此時流過原邊的電流仍然較大500彩票注册链接,等與副邊電感Lf的電流折算到原邊的電流
        即      ip(t)= iLf(t)/n
此時電流的下降速度跟副邊電感的電感量有關。
從超前臂T2關斷到T1打開這段時間td,稱為超前臂死區時間,為保證滿足T1的ZVS開通條件,就必須讓C1放電到0V,即
           td ≥△t= t9-t8=2 Clead * Vin/ Ip
此時,    UC2=UC4=UA=UB =Vin   ,  UAB=0V
開關模態十:負半周期滯后臂諧振過程
開關模態十:負半周期滯后臂諧振過程
如圖所示:在T9時刻將滯后臂上管T3關斷,在T3關斷前,C3兩端的電壓為0500彩票注册链接,所以T3屬于零電壓關斷。
由于T3的關斷,原邊電流ip突然失去通路500彩票注册链接500彩票注册链接,但由電感的原理我們知道,原邊電流不允許突變,需要維持原來的方向500彩票注册链接,以一定的速率減少。所以500彩票注册链接,原邊電流ip會對C3充電,使C3兩端的電壓慢慢往上升,同時C4開始放電。
即               ip(t)=-I2sinω(t-t9)
                vc3(t)=Zp*︱-I2︱sinω(t-t9)
                 vc4(t)=Vin-Zp*︱-I2︱sinω(t-t9)
其中,-I2:t9時刻,原邊電流下降之后的電流值
      Zp:滯后臂的諧振阻抗,Zp= )0.5
         ω:滯后臂的諧振角頻率,ω=1/(2Lr*Clag)0.5
同理,原邊的諧振電感Lr與滯后臂的兩個電容C3,C4諧振,其電壓與電流的關系就是正弦關系。
同開關模態四分析一樣的道理,由于原邊電壓的反向,根據同名端的關系,LS1,LS2同時出現上正下負的關系,此時VD1開始導通并流過電流;而由于LS2與Lf的關系,流過LS2與VD2的電流不能馬上減少到0500彩票注册链接,只能慢慢的減少;而且通過VD1的電流也只能慢慢的增加500彩票注册链接,所以出現了VD1與VD2同時導通的情況,即副邊繞組LS1500彩票注册链接,LS2同時出現了短路。
而副邊繞組的短路500彩票注册链接,導致Lf反射到原邊去的通路被切斷,也就是說會導致原邊參加諧振的電感量由原來的(Lf*n2+ Lr)迅速減少到只剩Lr500彩票注册链接,由于Lr比(Lf*n2+ Lr)小很多,所以原邊電流會迅速減少。
在t10時刻,原邊的UAB=ULr=Vin,UB=UC4=0V, UA=UC2=UC3=Vin
開關模態十一:諧振結束,原邊電感向電網饋能
開關模態十一:諧振結束,原邊電感向電網饋能
如圖所示,當C3充電到Vin之后,諧振結束,就不再有電流流過C3,C4,轉而D4自然導通,原邊電流通過D4—Lr—D1向電網饋能,其能量來源于儲存在Lr中的能量,此時原邊電流迅速減少,
ip(t)= -【Ip10- (t-t10)】
   其中  Ip10是t10時刻的原邊電流值
在t11時刻減少到0。
此時T4兩端的電壓降為0V,只要在這個時間將T4開啟500彩票注册链接,那么T4就達到了零電壓開啟的效果。
對于開關模態11來說,諧振周期一定要小于死區時間500彩票注册链接500彩票注册链接,否則就不能達到滯后臂的ZVS效果了。但此時的諧振電感是沒有次級電感通過匝比反射回來的,所以只有諧振電感參與了諧振,在設計的時候小心了,諧振電感一定要足夠大,否則諧振能量不夠的話500彩票注册链接,原邊電流就會畸變。
在t11時刻,UAB=ULr= UC3=UA=Vin,UB=0V
開關模態十二:原邊電流從0正向增大
開關模態十二:原邊電流從0正向增大
如圖所示,在t11時刻之前,T4已經導通,在t11時刻原邊電流ip已經上升到0500彩票注册链接,由于沒有了電流,所以D1,D4自然關斷。
在t11-t12的時間內,副邊的二極管D1,D2還是同時導通流過電流,將副邊繞組短路,阻斷輸出電感反射到初級的途徑500彩票注册链接,此時的負載電流還是由次級電感與輸出電容提供500彩票注册链接;同時,由于原邊的T1,T4已經導通500彩票注册链接,原邊電流ip流過T1--Lr—T4,又因為Lr很小,所以原邊電流ip就會正向急劇增大。
即                   ip(t)= - (t-t11)
在t12時刻500彩票注册链接,ip達到最大,等于副邊的電感電流折算到初級的電流
即                    ip(t12)= - ILf(t12)/n
在這個開關模態,原邊電流是不傳遞能量的,但副邊卻存在著一個劇烈的換流過程,通過副邊二極管VD2的電流迅速減少,VD1的電流迅速增大,在t12時刻,通過VD2的電流減少到0,通過VD1的電流等于電感電流ILf。
在t12時刻,原邊的UAB= ULr=UA=UC3=Vin, UB= 0V
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