实际上,也可以只对Q1的占空比进行修正,同样可以达到分压电容均压的目的,但这种方法不如前一种方法效果好。 4 实验验证 5 结论 参考文献 [1] Pinheiro J R,Barbi I.The three-level zvs pwm converter-A new concept in high-voltage dc-to-dc conversion[A].IEEE IECON [C].1992:173-178.
在图5(b)中,由于Cd2的电压低于Vin/2,那么VEA_Cd为正,它使VEA1升高,使Q1的占空比增大。与此同时-VEA1为负,它使VEA2降低,使Q2的占空比减小。通过对占空比的一加一减,使Cd2的电压升高,Cd1的电压降低,这样就使2个分压电容电压均为Vin/2,从而达到均压的目的。相反地,如果Cd2的电压高于Vin/2,那么VEA_Cd为负,它使VEA1降低,使Q1的占空比减小。与此同时,-VEA1为正,它使VEA2升高,使Q2的占空比增大。通过对占空比的一加一减,使Cd2的电压降低,Cd1的电压升高,这样就使2个分压电容电压均为Vin/2。
3.2 其他非隔离TL变换器
该均压方法可以应用到其它5种非隔离TL变换器中,只不过是所控制的对象略有不同。表1给出了各非隔离TL变换器中均压电路的2个反馈信号。
对于Boost TL变换器,需要保证2个输出滤波电容均压,其均压电路的反馈信号分别为Vo和Vcd2。Cuk TL变换器需要保证2个中间储能电容Cb1和Cb2均压,其均压电路的反馈信号分别为Vin+Vo和Vcb2。Buck-Boost TL变换器有2个输入滤波电容和2个输出滤波电容,Sepic TL变换器有2个输出滤波电容和2个中间储能电容,Zeta TL变换器有2个输入滤波电容和2个中间储能电容,对于这3种变换器,只要保证其中一对分压电容均压,就可以保证另一对分压电容均压。考虑到电压反馈的方便性,Buck-Boost TL变换器均压电路的反馈信号分别为Vcf1和Vo;Sepic TL变换器均压电路的反馈信号分别为Vo和Vcf2;Zeta TL变换器均压电路的反馈信号分别为Vin和Vcd2。
为了验证均压电路的可行性,我们选择Buck TL变换器进行了实验验证。变换器的输入电压为220~300V直流电压,输出电压为200V直流电压,额定输出电流为10A,开关频率为50kHz。
图6给出了Buck TL变换器采用均压电路前后的实验波形。在采用均压电路之前,输入分压电容不均压,2只开关管的电压应力不相等,vAB在本应为Vin/2时,相邻的2个电压不相等,一个高于Vin/2,另一个低于Vin/2,如图6(a)所示。采用均压电路后,2只分压电容电压相等,2只开关管的电压应力均为Vin/2,并且vAB真正在Vin和Vin/2之间变化,如图6(b)所示。
图7和图8给出了Buck TL变换器在输入电压和负载突变时的实验波形。在额定输出时,当输入电压从220V突升到300V再突降到220V时,分压电容Cd2的电压基本上为输入电压的一半,如图7所示。在输入电压为额定电压250V时,当负载从100%负载突变到10%负载再突变到100%负载时,分压电容Cd2的电压基本上为输入电压的一半,如图8所示。这里要说明的是,在负载突变时,输入电压有一定的变化,这是因为我们所采用的电源不是可编程电源,在不同负载时,电压有少许变化。图7和图8说明均压电路在输入电压和负载突变过程中依然能保证2只分压电容均压。
为了保证非隔离三电平变换器正常工作中,其分压电容必须均压。由于实际的控制电路和/或驱动电路总有一定差异,2只开关管的导通时间不完全相等,分压电容不能完全均压,这样使得开关管电压应力不相等。本文提出一种均压方法,它通过调整开关管的导通时间,确保分压电容均压,实验结果验证了本方法的有效性。
[2] Pinheiro J R,Barbi I.Wide load range the three-level zvs-pwm dc-to-dc converter[A].Proceedings of IEEE PESC[C].1993:171-177.
[3] Canales F,Barbosa P M,Lee F C.A zero voltage and zero current switching three level dc/dc converter[A].Proceeding VPEC [C].1999:126-131.