2.2 同一桥臂两开关管死区时间的确定
为了保证每一开关管实现零电压开通和关断,确定同一桥臂的功率开关管的死区时间是关键。
S3及S1驱动信号的死区时间
Lr为变压器漏感;
Vin为输入直流侧电压;
Io为负载电流。
另外,开关管关断时有一定的下降时间,死区时间至少应当大于3倍的开关管关断时的下降时间,但也不能取得太大。并联电容容值的选择也应考虑每个开关管的寄生电容的容量值。
在设计过程中选取的开关管为IXYS公司IXFK 150N15,tf=45ns,td(off)=110ns,Crss=1200pF,Cos插件电感s=2600pF,电容C1~C4值选为4700pF,系统直流侧输入电压为48~60V,为了使系统能在较宽的负载范围内工作,驱动信号的死区时间选为td(lead)=1μs,td(lag)=800ns。
2.差模电感器3 开关频率的选择
DC/DC功率变换器实现软开关时的谐振参数、占空比的丢失、整个系统的效率均同变压器的漏感Lr和变换器的开关频率f固定电感器价格s有着密切的关系,因此,变压器的设计不可忽视。桥式变换器的设计方法可参考文献。为了减少高频时集肤效应的影响,变压器采用扁而宽的铜皮绕制,为了提高效率选用损耗低的优质非晶材料,变压器的变比n为0.125,原边漏感为1.5μH。
占空比丢失的值可由式(4)近似计算。
从式(4)可知Dloss由变压插件电感器器漏感Lr、变比n、负载电流Io和开关频率fs决定。为了使变换器工作在较大的负载范围,开关频率选为60kHz。
2.4 滤波参数
假设Vo(min)为输出电压最小值、Vin(min)为输入电压最小值,Vo(max)为输出电压最大值、Vin(max)为输入电压最大值,满载输出电流为Io(max),输出整流二极管的通态压降VD,VLF为输出滤波电感的直流压降,fs为全桥变换器的开关频率,输出电压峰峰值为△Vopp。则滤波电感Lf为
单个DC/DC功率变换器模块的功率为3 kW,流过电感的电流最大值即满载输出电流Io(max)为5.56A。
输出滤波电感电流主要是直流分量,交流分量较少,集肤效应影响不是很大,滤波电感选用线径较大的导线绕制,电感量计算值为1.76mH,为2mH。
输出电压纹波系数<1%,变压器原边漏感为1.5μH,滤波电容的计算值为243μF,而耐压值决定于输出电压的最大值,考虑到电解电容有等效串联电阻(ESR),因此,实际选用470μF/450V的电解电容6并2串。
3 试验结果
试验参数如下:
开关管S1~S4为MOSFET IXFKl50N15导通电阻为12.5mΩ;
整流桥D1~D8选用快速恢复二极管DSEl30-12;
移相控制控制器的工作频率为60kHz;
隔直电容为470μF,输入侧共模电感3mH;
系统功率3 kW,低压直流输入60V。
图3、图4为试塑封电感器验波形,从图3的波形可知无论在开通还是关断时刻,S1两端电压均为零(其他功率开关管的端电压和触发脉冲波形也类似),实现了零电压开关,减少了功率器件的开关损耗,提高了系统的效率,图4所示的是高频变压器原边电压波形。
4 结语
这种基于软开关技术的DC/DC功率变换器,在功率为3 kw的电子模拟功率负载模块设计中成功地得到了应用。从实验的波形可以看出,全桥变换器的开关管实现了零电压开关,减少了器件的开关损耗。经测试,系统的效率达到了93%,同时整个装置的功率密度也增加了。
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