大功率儲(chǔ)能型有源箝位反激變換器的研究

　　(2)磁芯尺寸

　　采用面積乘法(AP)確定磁芯尺寸^[5,6]，所謂的面積乘法，該變壓器的設(shè)計(jì)容量為：

(4)

　　式中，A_e為磁芯有效面積;A_w為可繞導(dǎo)線窗口面積;η為電路效率;J_s為導(dǎo)線的電流密度，選取4A/mm²;Km為窗口填充系數(shù)，Km=0.2~0.3，此處選取0.25;K_f為波形系數(shù)，選取K_f=4。

　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選取EE60磁芯，其參數(shù)如表3所示。該磁芯A_p>A_pmin，故滿足要求。

　　(3)初級(jí)繞組匝數(shù)

　　初級(jí)繞組的計(jì)算公式為：

　　帶入已知參數(shù)，可得，取整后，最終初級(jí)繞組匝數(shù)N_p為24t。

　　(4)次級(jí)繞組匝數(shù)

　　次級(jí)繞組的計(jì)算公式為：

　　式中，U_D為二極管壓降，一般選取U_D=0.7。將已知參數(shù)帶入，求得，取整，次級(jí)匝數(shù)N_s為4t。

　　2.2.3 電路參數(shù)設(shè)計(jì)

　　(1)占空比

　　在變壓器的原、副邊交替互補(bǔ)導(dǎo)通的情況下，只存在電流連續(xù)模式。在連續(xù)模式中，根據(jù)伏秒平衡得式(5)，聯(lián)立式(5)和式(6)即可得出正向工作時(shí)的占空比取值范圍為0.37～0.49。

　　(3)原邊串聯(lián)電感Lr1

　　根據(jù)2.1提到的零電壓開(kāi)通條件可知，電感L_r1的存儲(chǔ)能量必須足夠大，能夠存儲(chǔ)電容Cr1釋放的能量，所以滿足式(8)，同理可求副邊串聯(lián)電感Lr2。

3 工作波形仿真與實(shí)驗(yàn)

　　3.1 工作波形仿真

　　本文使用PSIM軟件，對(duì)所設(shè)計(jì)的有源箝位雙向反激變化器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真參數(shù)見(jiàn)表1。此外，變壓器采用EE60磁芯，原邊電感L_m=350μH，變壓器匝數(shù)比N=6：1，原副邊諧振電感為L(zhǎng)_r1=30μH、L_r2=0.1μH，原副邊箝位電容為C_c1=0.22μF 、C_c2=6.6μF 。通過(guò)仿真，得到正向傳遞時(shí)的工作波形，如圖3所示。仿真結(jié)果與理論分析基本保持一致。

　　3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　結(jié)合上述分析，研制了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，如圖4所示。

　　(1)電路工作在滿載情況時(shí)

　　蓄電池端充、放電的電流波形如圖5所示。在圖5中，I_S2為蓄電池上的充電電流，通過(guò)霍爾傳感器轉(zhuǎn)化成電壓形式，測(cè)量電壓1V則相當(dāng)于此時(shí)產(chǎn)生電流為20A。由圖可知，蓄電池上的電流為25A。圖5a為反激變換器初級(jí)側(cè)電流，該變換器工作在連續(xù)模式下，并在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷瞬間，電流產(chǎn)生波動(dòng)。圖5b為工作在充電過(guò)程中(正方向)，流經(jīng)蓄電池的電流隨開(kāi)關(guān)管動(dòng)作的變化，圖5c為放電過(guò)程中的變化。當(dāng)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通或關(guān)斷的瞬間，開(kāi)關(guān)的切換會(huì)對(duì)高壓探頭表筆產(chǎn)生干擾，蓄電池充電電流出現(xiàn)波動(dòng)起伏，呈衰減趨勢(shì)，逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

　　(2)軟開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)

　　如圖6所示，U_S1為主開(kāi)關(guān)管S1的驅(qū)動(dòng)電壓，U_DS為S₁的DS電壓。U_S2為主開(kāi)關(guān)管S2的驅(qū)動(dòng)電壓，U_DS為S₂的DS電壓。在S₁、S₂的開(kāi)通信號(hào)到來(lái)之前，開(kāi)關(guān)管DS之間的電壓下降至零附近，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的電壓基本沒(méi)有波動(dòng)，說(shuō)明在滿載情況下，很好地實(shí)現(xiàn)了ZVS。

4 結(jié)論

　　為研究適用于大功率儲(chǔ)能型逆變器的DC-DC變換器的工作過(guò)程，對(duì)雙向有源箝位反激變化器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析。在普通雙向反激變換器的基礎(chǔ)上，增加有源箝位電路能夠充分利用漏感能量，能夠降低功率開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力和損耗。本文通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該有源箝位反激變換器的工作過(guò)程理論分析的正確性以及實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的可行性，能夠適用于大功率場(chǎng)合。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]Md.Masihuzzaman, N.Lakshminrasamma, V.Ramanarayanan. Steady-state stability of current mode active-clamp ZVS DC-DC converters[J].IEEE Transactions on Power Electronics , 2010,25:1546-1555.

　　[2] N.Lakshminrasamma, Md.Masihuzzaman, V.Ramanarayanan. Steady-state stability of current-mode active-clamp ZVS DC-DC converters[J].Power Electronics,2011,26(5):

　　1295-1304.

　　[3]Bum-Sun Lim, Hee-Jun Kim, Won-Sup Chung. A self-driven active clamp forward converter using the auxiliary winding of the power transformer[J].Circuits and Systems, 2004, 51(10):549-551.

　　[4]Osama Y K, Al-Atbee,J A M Bleijs . Improved modified active clamp circuit for a current fed DC/DC power converter[J]. 2015 IEEE 6th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 2015, 1-7.

　　[5]武衛(wèi)革,王偉,瞿志強(qiáng),等.光伏并網(wǎng)微型逆變器的高頻變壓器設(shè)計(jì)[J].廣東電力, 2013,26(9):85-87.

　　[6]Woo-SeokChio, Chun-Feng Jin, Jin-Wook Park,etc.A new topology of flyback converter with active calmpsnbber for battery application[J].Industrial Technology (ICIT), 2014, 951-956.

本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第2期第51頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。