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3.1 T 2 -DAB变换器电压不匹配与轻载情况下的ZVS分析

在第二章中单移相控制下,图3.1所示的T 2 -DAB变换器在电压不匹配与轻载情况下开关管可能丢失ZVS开通,增大开关损耗。由于DAB变换器功率正向与反向传输时工作模态是对称的,以功率由中压侧向低压侧传输为例,在第2章中的参数设计要求(即额定移相角 φ N <60°)下,对开关管ZVS情况进行分析。

如图3.2所示为T 2 -DAB变换器ZVS情况下的典型工作波形,根据移相时间 t φ 与死区时间 t dead 的关系,在计算开关管Q 1 与S 1 的开通电流时需分情况讨论。对于开关管Q 1 ,当死区时间 t dead 小于移相时间 φT s /(2π)时,可根据图3.2a对开关管Q 1 的开通电流进行计算,如式(3.1)所示;当死区时间 t dead φT s /(2π),典型ZVS波形如图3.2b所示,在 t 2 时刻关断S 2 时, i pa 迅速上升,但由于该情况下T 2 -DAB变换器中、低压端口电压不匹配, i pa 未过零,若在死区时间结束时,电流 i pa 仍保持为负,即可实现Q 1 的ZVS开通。由此可知该情况下Q 1 的开通电流 I Q1_on 表达式如式(3.2)所示。

图3.1 T 2 -DAB变换器拓扑结构

图3.2 T 2 -DAB变换器不同ZVS情况下典型工作波形

同理可得低压侧开关管S 1 的开通电流 I S1_on 表达式如式(3.3)与式(3.4)所示,也需根据死区时间与移相时间的关系分两种情况讨论。

不考虑器件寄生电容对软开关的影响,那么只要开关管开通电流小于0,即可实现ZVS开通。以第2章中表2.5的实验参数为例,死区时间 t dead 设置为1μs。中压端口电压 V M 在480~720V(±20%额定电压)范围内变化,控制低压端口电压 V L 稳定在200V,可得中压侧与低压侧开关管的开通电流与非ZVS区域随 V M 与传输功率 P tot 变化的曲面,如图3.3所示。当 V M =600V,即中、低压端口电压匹配时,Q 1 在接近半载( P tot =800W)情况下已丢失ZVS开通。根据式(3.1)与式(3.2),随着 V M 的减小,Q 1 的开通电流 I Q1_on 增大,导致开关管丢失ZVS开通,因此,如图3.3a所示,中压侧开关管的硬开关区域随 V M 的减小而增大。同理,如图3.3b所示,随 V M 增大,低压侧开关管的硬开关区域增加。

图3.3 中、低压侧开关管开通电流随输入电压与传输功率变化曲面

由于传统单移相控制策略中只有移相角一个控制自由度可以调节,因而无法在实现传输功率控制的基础上,进一步优化开关管的软开关特性。根据2.1节中所述,串联式与并联式 n 相桥均可分解为多个半桥模块。而对于半桥型DAB变换器,非对称占空比控制策略是拓展其ZVS开关、优化运行性能的一种有效手段。受此启发,本章分别对中、低压侧三相桥引入非对称占空比调制策略,以增加优化开关管ZVS与电流应力的控制自由度。 W6PE4iHG+kJWQFfjBL5RRyTOpN8mXHKE5DbUWSaGLyif2sIZIcMGiMjbesYK6dou

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