由之前帖子分析可知,单重移相对功率的调制简单易实现,但单变量调制控制灵活性较差,功率的传输伴随着大量的回流功率和较大电流应力,造成系统的传输效率不高;在两侧电压变比不等时,不能实现宽范围内的软开关。以下介绍一下双重移相调制的方法,增加内移相角,新增一个调制自由度,功率控制更加灵活。
双重移相调制驱动信号占空比仍为50%,同一桥臂上下开关管的是180°互补导通的,一侧全桥对角线上开关不再同时导通和关断而是具有一定的延迟导通角,这个延迟导通角所占比即为内移相比,调制原理波形图如图1所示。
图1中,S1-S8为对应量全桥开关管驱动信号,双重移相调制显著特征为两侧全桥内对角线上有开关延迟导通时间为D1Ths,定义D1为内移相比;S1和S5之间延迟开关时间为D2Ths,定义D2为桥间外移相比。上述图中内外移相比组合条件为0<D1<D2≤1,D1+D2<1,两侧电压规定V1≥nV2,一个周期内电感电流过零点在t1'和t5'时刻。
依据图1中的调制原理波形图,在一个周期内可分为10个工作状态如图2。
1)状态1:t0-t1阶段
状态1如图2(a)所示,在t0时刻之前,全桥H1侧开关管S2和S3导通,电感电流此时负向流过电源。在t0时刻,开关管S3关断电感电流由于不能发生突变仍为负,电流流过S2和D4,S4ZVS导通。全桥H2侧D6和D7处于导通状态。这一时间段电感两端电压为nV2,电流逐渐降低,直到S2关断为止,此时电感电流可以表示为(式2.21)
2)状态2:t1-t1'阶段
状态2如图2(b)所示,在t1时刻,开关管S2关断且实现ZVS导通,在全桥H1侧电流仍为负,D1和D4续流。全桥H2侧D6和D7处于续流导通状态,此时电感两端电压为V1+nV2,电流仍在逐渐减小。此阶段直到S7关断为止,这一状态下电感电流可以表示为 (式2.22)
3)状态3:t1'-t2阶段
状态3如图2(c)所示,在t1'时刻,全桥H1侧S1和S4零电压开通D1和D4不再续流,全桥H2侧二极管D6和D7关断,S6和S7导通,此阶段电感电压与状态2相同为V1+nV2,电流开始正向增大。而在二次侧电源存在功率回流,这一个过程中电感电流可以表示为(式2.23)
4)状态4:t2-t3阶段
状态4如图2.12(d)所示,在t2时刻电感电流由负变为正。在全桥H1侧,电流流过S1和S4与变压器和电感相连,全桥H2侧电流流过S6和D8。此时电感电压为V1,电感电流仍正向增大。此阶段电感电流可以表示为(式2.24)
5)状态5:t3-t4阶段
状态5如图2(e)所示,在t3时刻,开关管S6关断和S5ZVS导通。在全桥H1侧,D1和D4续流全桥H2侧电流续流D5和D8。此时辅助电感两端的端电压为V1-nV2,电感电流增加直到开关管S4关断为止。此阶段电感电流可以表示为(式2.25)
6)状态6:t4-t5阶段
状态6如图2(f)所示,在t4时刻,开关管S1关断S2导通,此时的电流仍为正,全桥H1侧电流流经S4和D2与变压器相连,这使得全H1的输出电压Vab此时段电压为零。电源电压V1向电容C1充电,而在全桥H2侧电流仍续流D5和D8。此阶段电感电流可以表示为(式2.26)
7)状态7:t5-t5'阶段
状态7如图2(g)所示,在t5时刻,开关管S1关断且S2ZVS导通。在全桥H1侧,电流反向续流经D2和D3流向输入侧电源。全桥H2侧,D5和S7导通,此时电感电压为-负V2,电流仍在减小直到减小到零。此阶段电感电流可以表示为 (式2.27)
8)状态8:t5'-t6阶段
状态8如图2(h)所示,在t5'时刻,电流开始由正变为负,一次侧全桥H1中电流将S2和S3与变压器原边、电感和电源V1构成回路。全桥H2中S5和S8与变压器副边和二次侧负载或电源构成回路。此阶段电感电流可以表示为 (式2.28)
9)状态9:t6-t7阶段
状态9如图2(l)所示,在t6时刻,开关管S5关断,S6开通此时由于S8仍然处于开通,二次侧全桥电流经过S8和D6与变压器副边构成回路,电容C2向V2充电,此阶段全桥H2输出电压Vcd为零,电感电压为-V1此阶段电感电流可以表示为 (式2.29)
10)状态10:t7-t8阶段
状态10如图2(m)所示,在t7时刻,二次侧全桥H2开关管S8关断S7导通,电流仍为负向流经D7和D6续流经过电源V2。一次侧全桥H1电路状态与状态9相同,此阶段电感电流可以表示为(式2.30)
由以上状态分析中可以发现,双重移相中加入桥内移相角对角线开关管延时导通,一个周期内状态1和状态6中,闭合回路内电流无法流入电源侧,Vab输出电压为零,此时的回流功率也就为零,因此双重移相调制有效的消除了回流功率。
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