開(kāi)關(guān)模態(tài)七:負(fù)半周期功率輸出過(guò)程
如上圖,此時(shí)T2與T3同時(shí)導(dǎo)通,T1與T4同時(shí)關(guān)斷,原邊電流ip的流向是T3—Lk—Lp—T2,如圖所示。
此時(shí)的輸入電壓幾乎全部降落在圖中的B,A兩點(diǎn)上,即UAB=-Vin, 此時(shí)AB兩點(diǎn)的電感量除了圖上標(biāo)示出的Lp與Lk之外,應(yīng)該還有次級(jí)反射回來(lái)的電感LS`(因?yàn)榇藭r(shí)次級(jí)二極管VD2是導(dǎo)通的),即LS`=n2* Lf,由于是按照匝比平方折算回來(lái),所以LS`會(huì)比Lk大很多,導(dǎo)致Ip上升緩慢,上升電流△Ip為
-△Ip=-【 (Vin-n*Uo)*(t7-t6)/( Lk+ LS`)】
此過(guò)程中,根據(jù)變壓器的同名端關(guān)系,次級(jí)二極管VD2導(dǎo)通,VD1關(guān)斷,變壓器原邊向負(fù)載提供能量,同時(shí)給輸出電感Lf與輸出電容Cf儲(chǔ)能。(圖中未畫(huà)出)
此時(shí), UC1 =UC4=UB =Vin UAB=-Vin
UA=0V
開(kāi)關(guān)模態(tài)八:負(fù)半周期超前臂諧振過(guò)程
如上圖,此時(shí)超前橋臂下管T2在t7時(shí)刻關(guān)斷,但由于電感兩端電流不能突變的特性,變壓器原邊的電流仍然需要維持原來(lái)的方向,故電流被轉(zhuǎn)移到C1與C2中,C2被充電,電壓很快會(huì)上升到輸入電壓Vin,而C1的電荷很快就被抽走,C1兩端電壓很快就下降到0V,即將A點(diǎn)的電位鉗位到Vin。
由于次級(jí)折算過(guò)來(lái)的感量LS`遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于諧振電感的感量Lk,故基本可以認(rèn)為此是的原邊類(lèi)似一個(gè)恒流源,此時(shí)的ip基本不變,或下降很小。
C2兩端的電壓由下式給出
Vc2=︱-Ip︱*(t8-t7)/(C1+C2)= Ip*(t8-t7)/2 Clead
C1兩端的電壓由下式給出
Vc1= Vin- 【︱-Ip︱*(t8-t7)/2 Clead】
其中Ip是在模態(tài)8流過(guò)原邊電感的電流,在t8時(shí)刻之前,C2上的電壓很快上升到Vin,C1上的電壓很快變成0V,D1開(kāi)始導(dǎo)通。
在t8時(shí)刻之前,C2充滿電,C1放完電,即 VC2= VC4=VA=VB = Vin VC1=VAB= 0V
模態(tài)8的時(shí)間為
△t= t8-t7=2 Clead * Vin/ Ip
注意:此△t時(shí)間要小于死區(qū)時(shí)間,否則將影響ZVS效果。
開(kāi)關(guān)模態(tài)九:原邊電流負(fù)半周期鉗位續(xù)流過(guò)程
如上圖,在t8時(shí)刻二極管D1已經(jīng)完全導(dǎo)通續(xù)流,將超前臂上管T1兩端的電壓鉗位到0V,此時(shí)將T1打開(kāi),就實(shí)現(xiàn)了超前臂上管T1的ZVS開(kāi)通;但此時(shí)的原邊電流仍然是從D1走,而不是T1。
此時(shí)流過(guò)原邊的電流仍然較大,等與副邊電感Lf的電流折算到原邊的電流
即 ip(t)= iLf(t)/n
此時(shí)電流的下降速度跟副邊電感的電感量有關(guān)。
從超前臂T2關(guān)斷到T1打開(kāi)這段時(shí)間td,稱(chēng)為超前臂死區(qū)時(shí)間,為保證滿足T1的ZVS開(kāi)通條件,就必須讓C1放電到0V,即
td ≥△t= t9-t8=2 Clead * Vin/ Ip
此時(shí), UC2=UC4=UA=UB =Vin , UAB=0V
開(kāi)關(guān)模態(tài)十:負(fù)半周期滯后臂諧振過(guò)程
如圖所示:在T9時(shí)刻將滯后臂上管T3關(guān)斷,在T3關(guān)斷前,C3兩端的電壓為0,所以T3屬于零電壓關(guān)斷。
由于T3的關(guān)斷,原邊電流ip突然失去通路,但由電感的原理我們知道,原邊電流不允許突變,需要維持原來(lái)的方向,以一定的速率減少。所以,原邊電流ip會(huì)對(duì)C3充電,使C3兩端的電壓慢慢往上升,同時(shí)C4開(kāi)始放電。
即 ip(t)=-I2sinω(t-t9)
vc3(t)=Zp*︱-I2︱sinω(t-t9)
vc4(t)=Vin-Zp*︱-I2︱sinω(t-t9)
其中,-I2:t9時(shí)刻,原邊電流下降之后的電流值
Zp:滯后臂的諧振阻抗,Zp= )0.5
ω:滯后臂的諧振角頻率,ω=1/(2Lr*Clag)0.5
同理,原邊的諧振電感Lr與滯后臂的兩個(gè)電容C3,C4諧振,其電壓與電流的關(guān)系就是正弦關(guān)系。
同開(kāi)關(guān)模態(tài)四分析一樣的道理,由于原邊電壓的反向,根據(jù)同名端的關(guān)系,LS1,LS2同時(shí)出現(xiàn)上正下負(fù)的關(guān)系,此時(shí)VD1開(kāi)始導(dǎo)通并流過(guò)電流;而由于LS2與Lf的關(guān)系,流過(guò)LS2與VD2的電流不能馬上減少到0,只能慢慢的減少;而且通過(guò)VD1的電流也只能慢慢的增加,所以出現(xiàn)了VD1與VD2同時(shí)導(dǎo)通的情況,即副邊繞組LS1,LS2同時(shí)出現(xiàn)了短路。
而副邊繞組的短路,導(dǎo)致Lf反射到原邊去的通路被切斷,也就是說(shuō)會(huì)導(dǎo)致原邊參加諧振的電感量由原來(lái)的(Lf*n2+ Lr)迅速減少到只剩Lr,由于L
r比(L
f*n
2+ L
r)小很多,所以原邊電流會(huì)迅速減少。
在t10時(shí)刻,原邊的U
AB=U
Lr=V
in,U
B=U
C4=0V, U
A=U
C2=U
C3=V
in
開(kāi)關(guān)模態(tài)十一:諧振結(jié)束,原邊電感向電網(wǎng)饋能
如圖所示,當(dāng)C3充電到Vin之后,諧振結(jié)束,就不再有電流流過(guò)C3,C4,轉(zhuǎn)而D4自然導(dǎo)通,原邊電流通過(guò)D4—L
r—D1向電網(wǎng)饋能,其能量來(lái)源于儲(chǔ)存在L
r中的能量,此時(shí)原邊電流迅速減少,
ip(t)= -【Ip10- (t-t10)】
其中 Ip10是t10時(shí)刻的原邊電流值
在t11時(shí)刻減少到0。
此時(shí)T4兩端的電壓降為0V,只要在這個(gè)時(shí)間將T4開(kāi)啟,那么T4就達(dá)到了零電壓開(kāi)啟的效果。
對(duì)于開(kāi)關(guān)模態(tài)11來(lái)說(shuō),諧振周期一定要小于死區(qū)時(shí)間,否則就不能達(dá)到滯后臂的ZVS效果了。但此時(shí)的諧振電感是沒(méi)有次級(jí)電感通過(guò)匝比反射回來(lái)的,所以只有諧振電感參與了諧振,在設(shè)計(jì)的時(shí)候小心了,諧振電感一定要足夠大,否則諧振能量不夠的話,原邊電流就會(huì)畸變。
在t11時(shí)刻,UAB=ULr= UC3=UA=Vin,UB=0V
開(kāi)關(guān)模態(tài)十二:原邊電流從0正向增大
如圖所示,在t11時(shí)刻之前,T4已經(jīng)導(dǎo)通,在t11時(shí)刻原邊電流ip已經(jīng)上升到0,由于沒(méi)有了電流,所以D1,D4自然關(guān)斷。
在t11-t12的時(shí)間內(nèi),副邊的二極管D1,D2還是同時(shí)導(dǎo)通流過(guò)電流,將副邊繞組短路,阻斷輸出電感反射到初級(jí)的途徑,此時(shí)的負(fù)載電流還是由次級(jí)電感與輸出電容提供;同時(shí),由于原邊的T1,T4已經(jīng)導(dǎo)通,原邊電流ip流過(guò)T1--Lr—T4,又因?yàn)長(zhǎng)r很小,所以原邊電流ip就會(huì)正向急劇增大。
即 ip(t)= - (t-t11)
在t12時(shí)刻,ip達(dá)到最大,等于副邊的電感電流折算到初級(jí)的電流
即 ip(t12)= - ILf(t12)/n
在這個(gè)開(kāi)關(guān)模態(tài),原邊電流是不傳遞能量的,但副邊卻存在著一個(gè)劇烈的換流過(guò)程,通過(guò)副邊二極管VD2的電流迅速減少,VD1的電流迅速增大,在t12時(shí)刻,通過(guò)VD2的電流減少到0,通過(guò)VD1的電流等于電感電流ILf。
在t12時(shí)刻,原邊的UAB= ULr=UA=UC3=Vin, UB= 0V