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        采用分立元件實現的PWM Buck三電平變換器

        作者: 時間:2012-01-16 來源:網絡 收藏
        4 實驗結果和分析

          為了驗證上述所分析的控制和驅動電路設計的可行性,本文對輸入電壓為120V(90V~180V),輸出為48V/4A,開關頻率50kHz的 進行了實驗驗證。實驗結果表明,采用上述實現 的控制是切實可行的。
          圖6所示的即為采用來實現的 的實驗波形。


        (a)







        圖6 實驗波形

          從圖6中可以看出,采用上述實現PWM Buck三電平變換器的控制是切實可行的。
          (a)圖中,示意的是交錯控制電路的兩路輸出波形
        。可以看出其占空比均大于0.5。開關頻率為50kHz 。要實現對驅動信號頻率的調節也變得非常簡單,只需要調節鋸齒波
        頻率即可。
          (b)圖中,示意了隔離變壓器副邊輸出的兩路驅動波形,可以直接驅動開關管。從圖中可以看出驅動波形比較理想:有快速的上升沿,并在一開始有一定的過沖,可以加速開通,減小了開通損耗;同時,有反偏截止電壓,提供了足夠的反相門極驅動,減小了下降時間;很好地驗證了驅動電路的設計是合理的。
          (c)圖中,輸入電壓
        為170VDC,恒流電子負載
        為4A。
        為開關管
        工作時的漏源極電壓波形,開通與關斷時均沒有大的尖峰,對開關管而言是比較理想的波形。
        為兩個開關管共同工作所輸出的三電平波形,可見其頻率為開關頻率的兩倍。從而大大減小了濾波元件的大小。文獻[4,5]詳細分析了一類零電壓零電流開關復合式全橋三電平DC-DC變換器,該變換器的輸出整流電壓高頻交流分量很小,可以減小輸出濾波器,改善變換器的動態性能;同時其輸入電流脈動很小,可以減小輸入濾波器。文獻[2]詳細論述了Buck三電平變換器和傳統的Buck變換器中濾波器的參數設計的分析和比較。
        為輸出濾波電感上流過的電流波形。
          (d)圖中,恒流電子負載
        為4A。圖中示意了輸入電壓
        從125伏跳變到110伏時,輸出電壓
        的瞬態響應曲線。可以看出該PWM Buck三電平變換器電路的穩定性比較好。在輸入電壓的變化范圍(90V~180V)內,可以較快地穩定在額定輸出的電壓值
        上。

        5 結論

          本文首先簡要論述三電平變換器拓撲的推導過程;介紹了Buck三電平變換器主電路拓撲及其在開關管的占空比大于0.5時的四個工作模態;詳細分析了采用比較器、運算放大器和RS觸發器等分立元件實現PWM Buck三電平變換器的交錯控制。該方法控制電路簡單,易于實現,成本低,可以直接推廣到其它非隔離三電平變換器的控制中。并對采用MC34152加隔離變壓器驅動的方法來設計驅動電路作了介紹。最后對輸入電壓為120V(90V~180V),輸出為48V/4A,開關頻率50kHz的PWM Buck三電平變換器進行了實驗驗證,實驗結果表明,采用上述分立元件實現PWM Buck三電平變換器的控制是切實可行的。

        參考文獻

        1. J. Renes Pinheiro and Ivo Barbi. The Three-Level ZVS PWM Converter-A New Concept in High-Voltage DC-To-DC Conversion. IEEE IECON. 1992: 173-178
        2. 鐘小芬 吳捷 三電平DC-DC變換器的拓撲結構及其滑模控制方法 電源技術應用2003年第8期
        3. Xinbo Ruan, Bin Li, and Qianhong Chen. Three-Level Converters-A New Concept in High Voltage DC-To-DC conversion.in Proc. IEEE PESC, 2002:663-668
        4. F. Canales, P.M.Barbosa, J.M.Burdio and F.C.Lee A zero-voltage-switching three-level dc/dc converter. Proceedings of CPES, 2000:366-371
        5. F. Canales, P.M.Barbosa, J.M.Burdio and F.C.Lee A zero-voltage and zero-current-switching three-level dc/dc converter. IEEE APEC, 2000:314-320

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        關鍵詞: PWM Buck三電平變換器 分立元件

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