利用matlab软件对该变换器进行仿真分析,参考《脉宽调制DCDC全桥变换器的软开关技术》3.6节进行仿真实验。
详细见文档。移相全桥matlab
为了验证移相全桥ZVS PWM全桥变换器的工作原理,利用matlab软件对该变换器进行仿真分析,参考《脉宽调制DCDC全桥变换器的软开关技术》3.6节进行仿真实验。
输入电压:Vin=310V;输出电压54V;输出电流Io=10A。
仿真所采用参数:谐振电感Lr=24uH,变压器原副边匝比K=3,输出滤波电感:Lf=75uH,输出滤波电容Cf=3000uF,开关频率fs=100kHz。
一、搭建Matlab仿真模型
控制以及PWM产生模块如下:通过利用余弦函数构造驱动,设置开关频率为100Khz,设置恒压环以及恒流环,同时进行运算,其中恒压恒流环输出的物理意义为相移角度。理论上相移角度可设置为[0-pi]。目前仿真暂时设置为[0.2*pi,0.9*pi]。
注意类似于LLC要从最高频率开始软起动一样,移相全桥也应该从最大相移角度开始软起动,因此积分模块初始设定值为最大相移角度0.9*pi(或者pi)。
整个控制以及PWM模块产生如下:
开关频率为100k,电压环电流环同时运算,取两者的最大相移角度进行控制输出,以实现恒压横流的自动切换(LLC也可以使用该取环路最值自动切换恒压恒流)。
二、仿真实验波形
图1 (a)原边电压VAB,原边电流IL,(b)整流电压Vrect,(c)超前桥臂上管应力,超前桥臂驱动,(d)流过超前桥臂上管电流,(e)滞后桥臂上管应力,滞后桥臂驱动,(f) 流过滞后桥臂上管电流。
从上图超前桥臂上管和滞后桥臂上管的应力以及驱动、管子电流可以看到:开关管是在VDS下降为0,体二极管导通时开通的,所以它们均是零电压开通的。它们关断时,其结电容的存在,使它们是零电压关断,因此,移相全桥控制方式实现了开关管的ZVS。
从上图中的副边整流电压Vrect可以看到,当原边电感电流从负变正,或者正变负的时候,副边存在占空比丢失。而且留意到原边电感电流iL的变化在各个阶段呈现不一样的特点。如下图所示:
根据电感电流与两端电压的关系式:
diL=(VL*dt)/L
可以知道iL变化的斜率kL=VL/L。
原边电流从负到正这个阶段,由于副边二极管同时导通,副边变压器电压为0,原边变压器电压被钳位为0,电感两端电压VL直接等于桥臂电压VAB,并且副边的滤波电感Lf没有参与进来,所以原边等效电感为Lr,综合电感两端电压变大,而电感量变小这两个因素此阶段电流的斜率kL是最大的。当副边滤波电感参与进来,并且变压器开始了能量传输,变压器原边电压建立,电感两端电压会大大降低,综合电感两端电压变小,以及电感量变大这两个因素,使得接下来的电流变化斜率变小。
图2(a)变压器原边电压Vp,(b)变压器副边电压Vsec1、2,(c)原边电感电流IL,(d)副边二极管电流ID1,2
原副边电压满足:Vsec1=Vsec2=Vp/K
Isec1+isec2=K*iL
副边二极管Id1与id2交叉区域,表明当原边电流不足以提供负载电流时,整流桥的所有二极管同时导通,为负载提供续流回路。
输出电压波形Vo
具体实验波形描述见参考文献。
附参考文献:
仿真模型: