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并-串型双管正激组合变换器

http://www.dykf.com 2008/11/26 电源开发网

1.组合变换器

　　传统交错并联双管正激组合变换器应用于高电压输出场合时存在变换器次级电压偏高、高频整流二极管电压应力大的问题。通常要用多个高频二极管串联以解决耐压问题，但均压设计较困难。提出了一种新型的并-串型双管正激组合变换器，将器件的串联变为电路的串联，能够实现高频二极管的动态均压，适合高输出电压、大功率的应用场合。双管正激变换器与全桥或半桥变换器相比，因为不存在桥臂直通危险，所以具有可靠性高的优点，为此受到人们的青睐。双管正激变换器由于磁芯复位的需要，工作占空比必须小于50%，从而造成占空比利用率不高，变压器次级电压高，次级高频整流二极管的电压应力大。特别在高输出电压、大功率的应用场合，变压器次级的高电压使高频整流二极管的选择变得困难，往往成为制约变换器设计的关键因素，并最终影响变换器的效率。为了减小变换器次级电压，增加变换器的容量，可将两个双管正激变换器进行组合。图1所示电路是一种典型的交错并联双管正激组合变换器。在工作中，一个双管正激变换器的控制脉冲相对于另一个移相180°。为了减小开关损耗，在电路中增加了一个辅助零电压关断电路，如图中虚框内所示。但即使采用图4-44所示组合电路，如在某些电力系统应用场合，变换器的输出电压为330V左右，此时次级续流二极管的电压峰值高达800V以上，次级整流二极管的电压可能达到1000V以上，这么高的电压应力给次级高频整流二极管的选择带来难度。通常采用多个二极管串联来解决均压问题，但动态均压设计比较困难。
　　针对这个问题，提出了一种新型的并-串型双管正激组合变换器，如图4-45所示，它应用在同样的输入输出电压条件下，通过用电路的串联替代器件的串联，降低了器件的电压应力，较好地实现了高频二极管的动态均压问题。

2.新型组合变换器

　　新型组合变换器是由两个带两个次级绕组的双管正激变换器在次级续流二极管处交错并联，然后再串联得到的，输出共用一组滤波电路。图2中，Ud为直流母线电压，U0为输出电压，变压器变比N=NS/NP。虚框内为辅助零电压关断电路。为简化电路状态分析，在以下的分析中，不考虑辅助零电压关断电路，忽略过渡过程，只分析稳态过程，因为假设在所述的并-串型双管正激组合变换器中，所有器件都是理想的。该电路在稳定工作状态时共有6个工作阶段，其关键波形如图3所示。

　　2.1阶段1（tO～t1）

　　S1和S2开通，VD5、VD6导通，VD9、VD10截止，加在滤波电感L上的电压为2NUd-U0，电感电流线性上升。t2的激磁电流仍在复位，VD3、VD4仍然保持导通，S3、S4管子电压被箝位在直流母线电压Ud，加在VD7、VD8上的反向电压为2NUd。

2.2阶段2（t1～t2）

　　S1、S2、VD5、VD6继续保持导通，电感电流保持线性上升。t2复位结束，S3、S4上的电压为1/2Ud，VD7、VD8上的反向电压为NUd。

2.3阶段3（t2～t3）

　　S1和S2关断，VD5、VD6截止，续流二极管VD9、VD10导通，加在电感上的电压为-U0，电感电流线性下降。VD1、VD2导通，t1的激磁电流开始复位。加在VD5、VD6上的反向电压为NUd。

2.4阶段4（t3～t4）

　　S3和S4开通，VD7、VD8导通，加在电感上的电压为2NUd-U0，电感电流线性上升。T1的激磁电流仍在复位，VD1、VD2仍然保持导通，S1、S2管子电压被钳位在直流母线电压Ud，加在VD5、VD6上的反向电压为2NUd。

2.5阶段5（t4～t5）

　　S3、S4、VD7、VD8继续保持导通，电感电流保持线性上升。t1复位结束，S1、S2上的电压为1/2Ud，VD5、VD6上的反向电压为NUd。

2.6阶段6（t5～t6）

　　S3和S4关断，VD7、VD8截止，续流二极管VD9、VD10导通，电感上电压为-U0，电感电流线性下降，VD3、VD4导通，t2的激磁电流开始复位。
在图3中，设开关周期为T，t0～t2的时间即为DT，D为占空比。电路工作稳定时，根据电感的磁平衡，可得：
　　DT（2NUd-U0）=（0.5-D）TU。　
　　式中Ud——输入直流母线电压
　　　　U0——输出直流电压
　　　　L——输出滤波电感
　　所以：
　　　　U0=4NDUd　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　由图4-47得电感电流的脉动为：
　　　　△IL=2ND（1-2D）TUd/L　
　　
3.变换器性能比较

　　下面将并-串型双管正激组合变换器和交错并联双管正激变换器的主要电路特性关系比较列于表1。在相同的输入电压、输出电压和占空比工作条件下，并-串型双管正激组合变换器的变压器变比N仅为交错并联双管正激变换器高频变压器变比的一半。从表1中可以看出，相比于交错并联双管正激变换器，并-串型双管正激组合变换器的次级整流和续流二极管的电压应力降低一倍，大大改善了次级高频二极管的工作条件。
　　表1两种组合电路的主要关系比较

　　在高输出电压、大功率应用场合，传统的双管正激变换器及其组合变换器为了解决次级高频二极管电压应力高的问题，往往要用多个高频二极管串联以解决耐压问题。但是如果在运行过程中串联的高频二极管不能很好地均压，可能会导致电路损坏。新型并-串型双管正激组合变换器通过将次级整流和续流二极管的串联变为电路的串联，较好地实现了高频整流二极管的动态均压。并且从实验数据可以看出次级高频二极管只要选择600V的管子就够了，这样提高了电路的可靠性，减小了二极管导通损耗。
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作者：周志敏来源：《电源世界》点击数：

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