摘 要 本文对新研制的1kva 115 v/400 hz三相静止变流器的直直部分(5),即并联双管正激电路的拓扑结构、工作原理进行了详细分析、介绍。并给出了脉冲变压器参数设计要点、实现方法及样机实验数据和波形。结果表明,该系统具有高效率,高功率密度,体积小重量轻,性能优等特点,尤其在实现静止变流器的模块化结构方面,有较好的应用前景(2)。
关键词 静止变流器 脉冲变压器 铁损 双管正激
1 引言
航空静止变流器是飞机的二次电源。与旋转变流机相比,它具有可靠性高、体积小、重量轻及电气性能好等特点。随着飞机战斗性能的提高和用电设备的不断增加,具有高效、高可靠性、高功率密度、输入输出之间有电气隔离的变换器成为航空电源迫切的需要。而dc/dc变换器的脉冲变压器的好坏对整个装置的性能起着重要的影响,特别是对变换器的效率,体积和重量起着举足轻重的作用,因此,设计好变压器,尤其在实现静止变流器的模块化结构方面,起着事半功倍的作用(4)。
2 双路并联双管正激dc-dc变换器的构成及工作原理(3)
双管正激电路结构实现了励磁能量的回馈,电路结构简洁,损耗小,同时,主功率管承受电源电压,可以选用价格低廉的低压高速器件。而并联结构又使隔离变压器及输出滤波电感的体积得到大大减小,并减小了器件的应力,从而减小了损耗。这样我们选定双路并联双管正激dc-dc变换器作为静止变流器的直流环节(2)。
(1)电路构成(5)
图1是双路并联正激dc-dc变换器主电路及其波形图。m1、m2、d1、d2构成一路双管正激变换器,m3、m4、d3、d4构成另一路双管正激变换器,d5、d6分别为这两路变换器的整流二极管,d7为续流管。l1、c2为滤波感和滤波容。
(2)电路工作原理(5)
在分析之前,作如下假设:
·占空比d=0.4;
·所有的开关管及二极管均为理想器件;
·电容、电感均为理想元件;
·m1、m2的漏源结电容cds1=cds2,m3、m4的漏源结电容cds3=cds4。
图2是该电路各模态的电路图,共可分为6种工作模态。
1)开关模态1[t0~t1][参考图2(a)]。
在t0时刻m1、m2管关断,m3、m4管也关断,d1、d2管开通,此时m1管漏源电压为:uds1=uin(dc输入电压)。
励磁电流i1通过d1、d2续流,il通过d7续流。只要d1、d2管开通,m1、m2管即被箝位于uin。
变压器原边电压为-uin。
2)开关模态2[t1~t2][参考图2(b)]
在t1时刻,m3、m4开始导通,i2出现,m1、m2仍关断,励磁电流i1继续通过d1、d2续流。m1、m2以及变压器原边电压如开关模态1,但这时续流管d7关断,整流管d5开始导通,输出能量。
3)开关模态3[t2~t3][参考图2(c)]
在t2时刻,续流电流il=0,d1、d2管关断,此时变压器漏感、m1漏源电容cds1、m2漏源电容cds2开始谐振。i1反向流动,使m1、m2上漏源电容放电,因此它们的漏源电压uds下降。如果uds下降到零,则将被箝位,这是因为一旦uds出现负压,m1、m2反并二极管即导通,使uds=0。
d1、d2上电压:ud=uin-uds,此过程中,u原边=uin-uds1-uds2。这里变压器原边出现正压,而单路双管正激电路此时将箝位于零,原因将在下文中分析。
4)开关模态4[t3~t4][参考图2(d)]
由于变压器漏感、cds1、cds2谐振,m1、m2管uds开始上升至t3时刻,对应另一路电路m3、m4管关断,因此续流电流il经过副边续流管d7开始续流,变压器副边被箝位于零。则电源电压uin加在m1、m2管cds1、cds2上,如图1电路波形中t3~t4阶段,电压uds1实际是一个快速振荡趋向于1/2输入电压uin的过程。
5)开关模态5[t4~t5][参考图2(e)]
在t4时刻,m1、m2管开通,d6管流过电流,输出能量。m1、m2这一路正激电路变压器原边承受输入电压uin,另一路正激电路重复m1、m2这一路电路模态2情况,励磁电流经d3、d4续流。
6)开关模态6[t5~t6][参考图2(f)]
m1、m2继续开通,而m3、m4这一路正激电路重复m1、m2的开关模态3情况,即m3、m4的漏源电容cds3、cds4与这一路变压器原边漏感谐振。
从6个开关模态可看出,双路并联双管正激dc-dc变换器磁复位是通过两个二极管d1、d2或d3、d4向电源回馈能量,并且主功率管仅承受1倍电源电压,并联的两路正激电路交替工作向后级提供能量。这里,尽管谐振使变压器双向磁化,但由于谐振参数均较小,因此变换器最大占空比为0.5。
(3)单路与双路并联双管正激电路谐振的不同
如图2(a)、(b)所示,单路双管正激电路(仅m1、m2、d1、d2、t2、d6、d7工作)在t2~t3