采用原邊輔助隔離的直流一直流變頻器周令琢（上海第二工業(yè)大學(xué)電子電氣工程學(xué)院，上海201209）單，僅使用1個(gè)輔助變壓器和2個(gè)兩極管來(lái)實(shí)現(xiàn)超前橋臂零電流開(kāi)關(guān)（ZCS）；輔助變壓器的額定容量較?。蛔冾l器具有良好的負(fù)載電流控制能力；因電路的不對(duì)稱性而產(chǎn)生的磁飽和現(xiàn)象可以大大改善，使得這種直流一直流變頻器具有良好的特色。詳細(xì)分析了此變頻器的工作原理，并通過(guò)。其輔助電路由2個(gè)二極管和1個(gè)小型輔助變壓器組成。輔助變壓器的原邊繞組與主變壓器的原邊繞組串聯(lián)，輔助變壓器的副邊繞組連接在無(wú)源橋臂和滯后橋臂之間，通過(guò)超前橋臂與滯后橋臂之間的相位延遲來(lái)控制輸出功率。

　　為了得到合適的相位延遲，采用了移相脈寬調(diào)制式（PWM）電路。滯后橋臂在無(wú)源元件Ci，C2，Lk和L的作用下工作于ZVS狀態(tài)，而無(wú)源橋臂根據(jù)主電流的情況工作k是主變壓器與輔助變壓器的總電感C1和C2是開(kāi)關(guān)器件T2和T4輸出電容的總和。C1和C2為T2和T4提供ZVS關(guān)斷條件，Lk和Lr通過(guò)將C1和C2兩端電壓變?yōu)閷?duì)方干線的電壓來(lái)提供ZVS導(dǎo)通條件，并在T2或T4導(dǎo)通前產(chǎn)生流經(jīng)反并聯(lián)二極管D2或D4的主電流。超前橋臂在輔助電路的作用下工作在ZVS條件，輔助電路提供復(fù)位電壓并吸收漏電感中的無(wú)功能量，它在開(kāi)關(guān)切換前將主電流回復(fù)至0. 2ZVZCS變頻器電路分析2.1工作狀態(tài)一個(gè)工作周期可分為5個(gè)狀態(tài)，表示了它的一些工作波形。為了簡(jiǎn)化分析，忽略主變壓器和輔助變壓器的勵(lì)磁電感。

　　于導(dǎo)通狀態(tài)，電能通過(guò)主變壓器和整流二極管Df1被傳送到負(fù)載。輔助變壓器的副邊兩端被DA3和T4短路，流經(jīng)T4的電流為：變壓器的變比。

　　始。C1，C2，Lk和Lf形成了一個(gè)諧振電路，電容C2兩端的電壓由下式給出：其中，n2，C=Ci=C2，ni為主變壓器的變比。

　　由于n2Lf很大，可以認(rèn)為在此期間電流不變，T4兩端電壓平穩(wěn)上升。

　　一定值時(shí)，D2導(dǎo)通，主電流流經(jīng)D2，狀態(tài)3就開(kāi)始。

　　直流側(cè)電壓反射到輔助變壓器的原邊繞組，電感的能量被回收到直流側(cè)，主電流按下式降到0：，。Uaux. .，。

　　其中，Uaux是直流側(cè)通過(guò)輔助變壓器的反射電壓，起到使復(fù)位到0的作用，它由下式給出：在此狀態(tài)期間，反并聯(lián)的二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此，T2可在ZVS狀態(tài)下導(dǎo)通。

　　開(kāi)始。在此狀態(tài)期間，主電流保持為0，負(fù)載電流平均地流過(guò)Dfi和De.另外，在此狀態(tài)中，開(kāi)關(guān)Ti在ZCS狀態(tài)下關(guān)斷，負(fù)載電流通過(guò)主變壓器的兩個(gè)副邊繞組續(xù)流。

　　Kt6）：開(kāi)關(guān)T3于ZCS狀態(tài)下導(dǎo)通時(shí)，此狀態(tài)開(kāi)始。主電流開(kāi)始流經(jīng)開(kāi)關(guān)T2和T3，輔助變壓器的副邊兩端被Dai和T2短路。主電流隨著的大，流經(jīng)Dfi的負(fù)載電流被轉(zhuǎn)移到Dc，當(dāng)流經(jīng)Dfi的電流變?yōu)?時(shí)，此狀態(tài)結(jié)束。至此，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束，隨著T2和T3在狀態(tài)i的導(dǎo)通，下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始。

　　2.2零電壓零電流開(kāi)關(guān)的條件斷是很自然的。為了實(shí)現(xiàn)T2在ZVS狀態(tài)下安全導(dǎo)通，電壓Uc必須上升到一定值。通常，在n2Lf中的能量都足夠大到能使Uc上升到這個(gè)電壓值，故ZVS期間不變，這是因?yàn)閚2Lf很大而此時(shí)間間隔很短。T2和T4的ZVS運(yùn)行的時(shí)間間隔由式（7）給出，通過(guò)選擇合適的Ceq值可容易得到：在狀態(tài)3期間，超前橋臂中的ZCS關(guān)斷運(yùn)行是在去除Ti的門極脈沖前通過(guò)消除主電流來(lái)完成的。

　　消除主電流所需的近似時(shí)間間隔由式（8）給出：當(dāng)電流比較小時(shí)，Tzcs也比較小zcs的比較小值為：其中，Zimin為允許的比較小電流，此比較小電流通常為主變壓器的勵(lì)磁電流。

　　當(dāng)電流比較大時(shí)，Tzcs也比較大zcs的比較大值為：其中，Zimx為允許的比較大電流。ZCS安全運(yùn)行的條件是：其中，Dmax為比較大負(fù)載系數(shù)，TS為開(kāi)關(guān)周期。通常負(fù)載系數(shù)在0.6到0.9范圍內(nèi)變化，特殊應(yīng)用場(chǎng)合如電焊機(jī)變化范圍可從0.3到0.6.ZCS條件可以通過(guò)選擇合適的Uaux值來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)。在低負(fù)載率的應(yīng)用場(chǎng)合，可用一個(gè)較低的Ualx值來(lái)實(shí)現(xiàn)，所采用的Uaux值越低，所需的輔助變壓器就越小。

　　2.3開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的死區(qū)時(shí)間滯后橋臂：滯后橋臂的死區(qū)時(shí)間在中被表示為td2-4，它必須滿足下面開(kāi)關(guān)ZVS的安全切換條件：此不等式左面的限制條件由式（7）定義，右面的限制條件為Tzvs和Tzcs的和。若依據(jù)式（3）來(lái)選擇td2-4，則在所有情況下滯后橋臂的ZVS切換都能得到保證：（2）超前橋臂：超前橋臂的死區(qū)時(shí)間在中被表示為tdi-3，一個(gè)安全的死區(qū)時(shí)間的可選范圍是相當(dāng)寬的，因此，超前橋臂的死區(qū)時(shí)間的設(shè)計(jì)可簡(jiǎn)單地由式（4）給出：的運(yùn)行幾乎總是可能的dc認(rèn)n電流I在狀態(tài)油當(dāng)負(fù)載電電流為比較比較大值時(shí)drv上式的。上限（益為比較小。因此，若依據(jù)式（15）來(lái)選擇死區(qū)時(shí)間，開(kāi)關(guān)可在所有情況下安全切換：電源級(jí)的等效電路如所示，負(fù)載電流控制環(huán)的構(gòu)成如所示，G（s）采用PI調(diào)節(jié)器。設(shè)勵(lì)磁電感相對(duì)Li很大，而漏電感相對(duì)Lf很小，忽略這兩者，可以得到傳遞函數(shù)：負(fù)載電流的控制環(huán)3實(shí)驗(yàn)結(jié)果為了驗(yàn)證這種新的zvzcs變頻器的性能，構(gòu)建了一個(gè)12kW的實(shí)驗(yàn)原型，設(shè)計(jì)應(yīng)用于電焊場(chǎng)合。采用的電路和元件的參數(shù)為：T1~T4：FM2G200US60；100.為效率特性曲線。雖然電焊應(yīng)用場(chǎng)合僅需27V輸出電壓，但為了與其它ZVZCS狀態(tài)比較，實(shí)驗(yàn)還是在50V輸出電壓下進(jìn)行。采用的變壓器工作在50V輸出電壓時(shí)，效率約為95.5%.工作在27V輸出電壓時(shí)效率約為93.5%，輕載時(shí)效率相對(duì)仍然較高，如負(fù)載為150W時(shí)，可得到效率約為80%，測(cè)到的空載損耗約為50W.行的波形。在這兩個(gè)圖中，自上而下分別為橋路輸出電壓Uab，主變壓器的原邊電壓U1和原邊電流i1的波形。表示了不同電流指令下的負(fù)載電流波形，上面為短路負(fù)載時(shí)的波形iK，下面為額定負(fù)載時(shí)的波形iN.在這兩種負(fù)載條件下，都可以得到期注：上下兩條分別為輸出電壓50V和27V時(shí)的特性。

　　變頻器實(shí)驗(yàn)原型的效率特性主變壓器輕載時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形主變壓器滿載時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形不同電流指令下的負(fù)載電流波形4結(jié)論提出的原邊輔助型變壓器隔離的zvzcs全橋直流一直流變頻電路，采用一個(gè)輔助變壓器來(lái)獲得超前橋臂的zcs條件，輔助電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，因電路的不對(duì)稱性而引起的磁飽和的可能性大大減小，此變頻器在從空載到短路很寬的負(fù)載范圍內(nèi)運(yùn)行良好，運(yùn)行性能由實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。與以前的一些ZVZCS變頻器相比，此變頻器效率更高，并可適用于從低功率到高功率的各種應(yīng)用場(chǎng)合。