Z S的工 作条件 为 : =o 降压 模 V I/ x ( 式 )I 1( 压 模 式 ) 该 初 始 值 一 般 适 用 于 电压 ,2 o升 = , j U ( d l) t t ( ) 。 () 3 令 t 0, 式 ( ) 解 得 : o 则 = 3可 0 耽一+ ( 换对于任 意的 )等[ zo ]4 出 l -跏 ) + ( , 联立 式 ( ) 式 () 2和 4 可解 得 在工 作 点 ( , , ) 74 工作范围的前部分 ;②若能量 = 无法在 t o < < 内转 换 , 就 向 的 末 端 平 移 , 到 的转 t , 直 和 组合都 可行 为止 ;③ 当 t 确 定后 , 和 t就按照图4波形 B的情况进行调整。 t 用 于 混 合 动 力 汽 车 的 DC/ 变 换 器 控 制 研 究 DC 图 5为 电压 传 输 比 / : , 2 = 5 的情 况 。 4 0V 可 见 ,采 用 新 控 制 方 法 后 效 率 提 高 了 3 由 %, 于 软 开 关 的作 用 , 标 称 功 率 下 , 个 输 入 和 输 出 在 整 电压 内变 换 器 都 呈 现 出色 的效 率 。 外 , 分 负 载 此 部 条 件 下 的效 率 很 高 (0 1%的 标 称 功 率 下 效 率 高 于 9 %) 这对 于汽 车 应 用 是个 巨大 的优 势 。 3 , 32 功 率 密度 . 为优化功率密度 , 换器每一个独立元件 。 变 诸 图 5 归 一 化 功 率 与 时 间 的 关 系 F g e ai n hp b t e n n r l e o e n i i .5 R l t s i e w e o mai d p w r a d t o z me 如 电感 、 滤波 器 或 半 导 体 器 件 的 数 量 等 需 要 从 相 数和 开 关 频 率这 两 个 方 面 进 行 调 整 。 极 限情 况 是 电感 峰 值 电流 , 出现 在 / = 嘣 2 且达 到 P 的条 件 下 。 设 电感 能 量 / 小 于 眦 假 2远 24 零 电压 开 关 的 实现 条 件 . , 的最 小绝 对 值 由 M S E 0 O F T的输 出 电容 c 和 组 成 谐 振 回 路 的 L及 变 换 器 的输 入 和输 出 电压 , 内传输 的能量 P , 唧 忽略一0则 : , , I () 7 共 同决 定 : , m xU )/ 0 a( 1 ≥ 一, 、 V L () 6 设 电感的体积 与储 能成正 比: 1 n , 若式 () 条件满 足 , 某个 开关管关 断时 ￡ 6的 则 中存 储 的能 量 足 够 该 半桥 两 个 MO F T寄 生 电容 SE 之 间 传 递 能 量 之 用 ,这 样 该 半 桥 两 个 MO F T就 SE 能 实 现 Z S导通 。 同 理 , tt和 tt时 刻 () V 在 =1 =2 f 的 绝 对 值 应 满 足 :1 0 /1/。 1≥,且 2 0 > 式 ( ) 是近 似计 算 , 为 c 6只 因 伽具 有 非 线 性 、 压 敏特 性 。 此 外 , 须考 虑 并 联 MO F T的数 量 。 还 SE EL =1 砒_ 2 J s () 8 这 就 是 为 什 么 电 感 体 积 L在 某 一 开 关 频 率 下 对 于 不 同的 相 数 Ⅳ 能保 持 不 变 ,并 随着 7的增 : 加而减小 。 滤波器 的结构如图 7 所示 。 为便于设计 。 每相 的 输 出 可看 作 电流 源 , 出 电容 输 滤 波 电感 和 公 用 电容 c 共 同组 成 Ⅱ形 滤 波 器 , 波 器 单 独 0 滤 设 计 是 为 了 实 现 滤 波 器 与 半 桥 之 间 的 低 阻 抗 连 接 。 当 相 数 Ⅳ 增 加 时 , Ⅳ 个 电流 源 叠 加 后 的 纹 由 在 t t 区 间会产生漂移 ,这是 由于元器 3< < 件 的非线性 或时间不精确 引起 的,可采 用精确 的 高 速 过 零 检 测 来 确 定 正确 的 t,变 换 器 利 用 高 速 模拟 比较器对 半桥 电压 () U() t和 2 进行过 零 电 压 电平 监 测 。例 如 , 在 t tt 区 间是 下 降 的 , i 2 <3 < 当 变 负 时 , 体 二 极 管 开 始 导 通 ,2 变 为 零 , V 的 U() 导 致 比较 器 的输 出 发 生 改 变 。该 输 出信 号用 来 在 波 电流减 小 , 在这种情况下或 更高 的情况下 , 滤 波 器 组 件 的体 积 可 以更 小 。 相1 零 电压条件下使 V 导通 。 相 Ⅳ 3 分 析 结 果 31 效 率 对 比 . i3 f v Ⅳ( ) 为 对 比新 的控 制 方 法 与 传 统 的 硬 开 关 P WM 控 制方 法 , 半 导 体器 件 的导 通 和 开 关损 耗 进 行 分 对 图 7 多 相级联 和输 出滤波 器结 构 F g t cu e o h s n e c n e t n a d o t u i e i .7 Sr tr f p a e i tr o n ci n u p t f tr u o l 析计 算 。￣= 5 图 6为半 导体 开关 的理论 效率 。 U 4 0V。 此 外 .带 有 液 体 散 热 器 的 MO F T开 关 的体 SE 积可通过优化了的迭代算法进行计算 。对于每个 开关管而言 , 增加 并联开关管 的数量 , 直到效率满 足 要求为止。 。 V 的均方根 电流较高 , V和 。 这样 , 开 关营数量的比率VV , 4 。 1: / / / v V 3 4 实 验 验 证 () 开关 l 模式 a硬 丁作 ( ) 损 耗 控制 模 式 b低 图 6 半 导体 开关 的理论 效率 F g h a c l td e q i n y f r s ic e p r t n o e i .6 T e c u ae f c e c ￣ o w t h d o e ai f s — l i o mio d co s c n u tr 为验证该控 制方 法 , 制作 了实验 样机 , 中 , 其 P 1 W , = 5 所 需 电感 L 65 H) m= 0k 4 0V( = . ,针 对 不 同 的工 作 点 对 t t进 行 预 算 并 ( l, ￣ 下转第 13页) 0 7 5 半 桥 L C 谐 振 变 换 器 的 参 数 优 化 设 计 L 由图可 见 。 关 管 实 现 了 Z S 在 整 流 管 开 通 开 V : 和 关 断瞬 间 , 电压 波 形 有 一 个 振 荡 , 发 生 在 死 区 这 时间内, i= , 让 V 0 实现 Z S D C 。此 时 , 入 电压 2 0V 输 2 4 结 论 提 出 了一 个 描述 半 桥 L C谐 振 变 换 器 的 增 益 L 与 基 本 参数 及 频 率 关 系 的模 型 ,根据 该模 型 进 行 模 拟 和 参 数 优 化 设 计 。并 用 L5 9型 控 制 芯 片 实 69 际 制 作 了 一款 半桥 L C谐 振变 换器 。该 变 换 器 工 L 作在 谐 振 频 率 , 实 现 开 关 管 的 零 电压 开 关 , 可 可 也 实现 次级 整 流 二 极 管 的零 电流 开关 。具 有 高 转 换 效 率 、 电磁 干 扰 、 辐 射 等 诸 多优 点 , 明 了 软 低 低 证 满 载 时 ,测 得 效 率 最 大 为 9 %,开 关 管 的工 作 频 2 率 为 6 Hz 5k 。 根 据 实 验 结 果 的 分 析 ,虽 然 整 流 二 极 管 实 现 了 Z S 但 有 一 段 等 于 零 , C, 能量 传 输 有 断 点 。将 k改 为 6 C = 7 n L= 0 H, 12 0 H, , r 2 F, 2 0 I L = 0 x n= 4 : 此 时 , 作 频 率 为 7 H , 于 谐 振 频 率 。 07, 工 0k z等 改 进 后 的 方 波 电压 和 整 流 二 极 管 电压 波 形 如 图 5 a 所 示 . 见 消 除 了死 区 可 图5 b对 次 级 整 流 二 极 管 Z S波 形 进 行 前 后 C 对 比分 析 , 见 , 整 流 二 极 管 开 通 关 断 瞬 间 , 可 在 上 开关技术可大大提高谐振变换器的转换效率。 参 考 文 献 [1 Ya in n ,ioT o sA. oe Sf s ihn n 1 oJ mig Lp hma A N vl o - t igI — a t wc 半 部 分 波 形 中 对 应 电 流 都 为 零 .整 流 管 工 作 在 D M; C 下半 部分 波 形 中 电流 刚 好 为零 , 现 了 Z S 实 C, 工 作 模 式 为 B M, 时 , 入 电压 2 0V 满 载 时 。 C 此 输 2 测 得 效 率 为 9 .%。 于 D M。 28 高 C vr rWi C —V etrsA . of e. f E E et t Z S Z S Faue[ ]n C n.R c o E e h i I P S [ ] dsn,0 1 14 — 1 6 E C C . i 2 0 : 1 1 14 . Ma o [】 C egC u — nE c nySuyf 5 L C R s— 2 hn h nA .f i c td ra10W L eo i e o n n C n et []nent n ofrneo E S0 [] at o vr r . trai a C neec nP D ’9C. eA I ol 2 0 1 61 2 5. 0 9: 2 —1 6 [] “uYH g fc n yO t i t no L eoa t o — 3 .ihE i c pi z i f C R snn n i e m ao L C 圈 ( 接 第 7 页) 上 5 vr r r d a ag [] l kb r: i ii Pl— e e e t f Wi o dR neD . a sug Vr na o Bc g y tc n c I si t n t t i e s y, 0 8 e h i n t u e a d S ae Un v ri 2 0 . t t [】 C o S n — o K m C ag So H n S n — yoH g — 4 h ag H , i h n -ep, a ag K o . ih E ce c a d o -o t ih l Re u ae Du l u p t i f in y n L w- s c T g t y g l td a - t u - o L CR sn n C ne e[] 0 0IE nent nl y — L eo at ov r r . 1 E EItrai a S m t A2 o ps m o SE C .0 0 8 2 8 9 oi nII [ ] 1 :6 - 6 . u 2 [] 朱立 泓 .L 5 L C谐 振变 换 器 的设 计[ 】 州 : 江大 学 , D. 杭 浙 2 6 00 给 出 和 ,值 , 由控 制 器 软 件 对 , 和 进 行 0 三 维 插 值 运 算 , 采 用 一 台基 于 C L 并 P D控 制 的状 态 机 生成 开 关 序 列 。 图 8示 出实 验波 形 。 5 结 论 此 处 提 出 了一 种 采 用恒 频 、软 开 关 调 制 模 式 萋 差 喜 喜 ● 一l ㈨ l 7 I。 的级联式升 降压变换器拓 扑 。对其工作 原理进 行 了详 细 讨 论 。这 种 调 制 方 式 不 仅 能够 在 标 称 功 率 下 实 现 至 少 9 %的整 体 效 率 。且 在 部 分 负载 条 件 6 下也 能实现高 效率 ; 外 , 的功率 电路简单 , 此 它 功 率 密 度 较 高 。所 有 的原 理 在 实 验 样 机 上 得 到 了 很 好 的验 证 。 II \ 扯 Ij I / \1 6 t 一 I t5 0 s / 0 / ( n 格 () VSl 波 形及 v 控 制信 号 aZ 作 4 t5 0 s / 0 / ( n 格) ( ) 换 器 _ 作 波形 b变 j 图 8 实 验 波 形 F g p rme t lw v f r i .8 Ex e i n a a eo ms 参 考 文 献 【】 R M Sh pah, a aC m aigD / C C n e es 1 cu bc C B d .o p r C D ovr r l n t f o e a ae eti H b d Eetc V hc sA . o P w r M n gm n n yr l r eil [ 】 r i ci e 图8 a为 降 压 模 式 、 / = . 件 下 所 测 的 O5条 i t,l )U() 波 形 图 。 比较 器 用 来 监 测 半 桥 L )U( ,2￡的 ( t 电压 以 实 现 Z 。 例 如 , 的导 通 信 号 是 采 白比 VS V 较 器 的输 出信 号 M 。 变 换 器 输 入 和 输 出相 等 一() 的情 况 如 图 8 b所 示 , 中 , l = 0 负 载 为 其 /= 20 V, Z 电 阻性 。由于 对 开关 模 式 进 行 了优 化 , 和 t并 不 t : , I rceigo MD [ ] 0 3 16 -17 . nPoedn f E C C . 0 : 39 3 4 I 2 [】 F C r c iF Cecm i , iN pl2 W t — 2 ai h , rsi br A D aoi 0 k Wa r c i . e c oe r t tp f a B c - o s id r cin l DC/ C o ld P o oy e o u k— o t B ? ie t a B ? o D C n et oooyf l tc e ieMoo r e[] o vr r pl r e r a V hc tr i s . eT g o E c il l D v A I rceigo P CC.9 5 2 3 :8 - 9 . nPoedn f E [] 9 , ( ) 87 8 2 A 1 [] 谢 少军 , 3 李 飞. 开 关 隔 离型 B ot 软 o s 变换 器 研 究[】 J_ 电工 技术 学报 , 05,0 8 :8 5 . 2 0 2 ( )4 — 4 】 03 位 于 的末 端 。