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串联谐振软开关技术在电潜泵电源中的应用研究

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-04-02 15:34:15 * 浏览: 33
1.串联谐振概述?它是研发和生产串联谐振的专业制造商。我公司生产的串联谐振器在业界得到了广泛的赞誉,并努力打造最权威的“串联谐振”高压设备供应商。软开关技术和谐振开关技术使实现大功率和高频电源成为可能。它利用谐振原理使开关设备中的电流(或电压)根据正弦或准正弦定律变化。本质上是在主开关上增加储能元件,例如电感器和电容器,以形成谐振电路。当转换器主开关执行换向时,会发生谐振,迫使主开关上的电压或电流为零,从而为主开关提供零。电压或零电流开关环境。最理想的软导通次数:电压降至零后,主开关导通,电流上升至导通状态值,导通损耗约为零。此外,由于在开启设备之前设备的电压已降至零,并且设备结电容上的电压也为零,因此解决了电容开启问题。这意味着二极管已经关闭并且其反向恢复过程已经结束,因此二极管反向恢复问题不再存在。最理想的软关断过程:电流首先降至零。导通电压上升到截止状态值,因此截止损耗约为零。由于在关闭设备之前电流已降至零,即线路电感中的电流为零,因此解决了电感关断问题。它不仅可以解决硬开关转换器中的硬开关损耗问题,电容导通问题,电感关断问题和二极管反向恢复问题,而且还可以解决诸如硬开关引起的EMI之类的问题。本主题研究的电源为32kW,工作频率为5kHz〜20kHz。为了减少开关器件在高频下的损耗,采用串联谐振软开关技术使开关器件实现零电流关断。主电路原理图如下:图1所示:图1全桥串联谐振电路原理图2.串联谐振原理分析为了减少开关损耗,在电路工作时,使开关频率小于等于谐振频率的一半,因此电流以不连续状态工作。基于以上分析,我们计算并分析了图1中电源主电路的等效原理图的工作模式。图2等效电路模型图3间歇电流工作模式的主要波形让电感L1电流为i,电容器C1的电压为U1。谐振周期中电源的模式图如图4所示。电源工作波形如图3所示。电路的工作特性为:开关频率fs必须低于谐振频率fr的一半,并且主电路的串联谐振条件保持恒定,从而整个电路以不连续导通模式工作。对于主电路中的逆变器电路,使用脉冲频率调制(PFM)来更改开关频率,并且驱动脉冲满足:在正常导通条件下,施加到逆变器开关的驱动信号应该是互补的,即第一组开关(VD1和VD4)打开时,第二组开关(VD2和VD3)关断,第二组开关打开时,第一组开关关断。该电路的具体工作过程分析如下:首先,假设输入滤波电容器的容量足够大,并且在反相过程中其上的电压E基本上不变。由于储能电容器比谐振电容器大得多,因此每个开关周期都可以视为恒定电压源电压上升的过程。以这种方式,图1中的电路的工作过程得以完成。 1等效于四个工作模式,其中U0 = Uco / K,Uco是负载电压,K是高频变压器的变压比前任的。在图2(a)中的电流方向为正的情况下,等效电路满足公式2-1和2-2:Q1接通,Q4,电流i向前移动,L1和C1谐振,并且i跨过零时间t1,U1当达到最大值时,电路进入第二模式。模式2的等效电路如图2(b)所示。电流i反向并流过功率管Q1和Q4的体二极管VD1和VD4。该值逐渐增大,U1逐渐减小,并且在t2处Q1关闭。 ,Q4,因为此时VD1,VD4处于开启状态,所以Q1,Q4被零电流关断。模式2的初始条件为i(t1)= 0,U1(t1)= 2E,并且U0(t1)大于零。其中,U0是在模式1结束后转换到变压器初级侧的负载电容器C0上的电压值。电路方程:在时间t6,i变为零,Q2和Q3在零电流时关断。在t7,VD2和VD3自然关闭,并且模式4结束。分析这四个模态方程,我们可以看到电流i峰值的变化规律。 Im(1)= E / Zr,????? Im(3)=︱-(E + U0)/Zr︱,与Im(1)相比,Im(3)增加。 Im(2)=︱(U0-E)/Zr︱,Im(4)=︱(E-U0)/Zr︱,下式中的U0值大于前一个公式,因此与Im(2)相同。相比之下,Im(4)减少了。如果列出了下一个谐振周期的电路方程,则同样如此。这样,随着共振次数的增加,储能电容器上的电压也增加到设定值。从上面的推导可以看出:①当输入电压E和谐振参数恒定时,输出电流仅与转换成一次侧的负载电容器的电压值有关,而与输出端的有效值有关。谐振期间的电流不变。 ②固定的开关脉冲宽度ton不变,开关频率小于或等于谐振频率的一半,并使用脉冲频率调制(PFM)来改变关断时间。共振条件保持不变。 ③开关周期中,高频变压器的一次电流有效值随着开关频率的增加而增加,因此耦合到高频变压器次级侧的电流也增加。因此,实现了通过调整逆变器装置的驱动。脉冲周期改变负载电容器的充电电流。 3.串联谐振参数的计算在理论计算中,您可以选择上面分析的四种模式之一,列出微分方程,然后根据每种模式的初始条件求解微分方程以获得电感和电容值。 。这是工程中的一种计算方法。 4.串联谐振的实验验证?图5间歇电流工作模式的主要波形根据设计的谐振电感和电容值,可以获得的系统串联谐振频率约为50kHz。从实验结果来看,电力系统的实际谐振频率为66.7。 kHz,由脉冲变压器和系统中开关设备的寄生电感,分布电容以及寄生电感和电容引起。开关频率为20kHz,可确保开关频率始终小于谐振频率的一半,并且整个电路电流始终在不连续导通模式下工作。如图5所示,电流波形接近正弦波。在调频过程中,当电流为负时,必须控制脉冲的关断时间以实现零电流关断,并且无法实现软导通。 5.串联谐振总结(1)。结合课题本身,详细分析了单相全桥串联谐振软开关的工作原理和谐振参数的计算。 (2)。 MATLAB软件的仿真证明了该方案的可行性,并对方案的设计进行了优化。 (3)。使用串联谐振软开关技术的电源已经成功开发,许多产品已投入实际应用。