半桥串联谐振变换器(SRC):fs>fr

1、工作模态

1.1、开关模态1:T0-T1

在T0时刻,谐振电感电流为负电流,也就是说在G1未施加开通驱动脉冲时,谐振电感电流流过Q1的体二极管D5进行环路续流。

因D5导通,Q1开关管的管压降为一个二极管的压降,或者可以近似认为Q1开关管的压降钳位在零电压。

在T0时刻给Q1提供开通驱动信号,可以实现Q1开关管的零电压/零电流开通,Q1开关管没有开通损耗,并且此时虽然Q1开关管导通,但没有电流流过,谐振电流仍旧流过D5。

T1时刻,负谐振电感电流上升为零电流,开关模态1结束。

1.2、开关模态2:T1-T2

T1时刻,Q1开关管已经导通,谐振电感电流为零电流,谐振电感电流正向增加,Q1体二极管自然关断,谐振电感电流流过Q1开关管。

T2时刻,关断Q1开关管,为硬开关关断,存在关断开关损耗。

1.3、开关模态3:T2-T3

T2-T3时刻区间内,Q1、Q2开关都处于关断状态,为Q1、Q2的死区时间。

此区间内的谐振电感电流为正向电流,通过Q2开关管的D6续流,给输出电容、输出电阻提供能量和功率输出。

1.4、开关模态4:T3-T4

T3时刻,给Q2开关管提供G2开通驱动信号,虽然开关管Q2导通,但没有电流流过,谐振电流仍旧流过Q1的体二极管D6。

T4时刻,谐振电感电流过零,开关模态4结束。

1.5、开关模态5:T4-T5

T4时刻,谐振电流由零电流转变为负电流,Q1体二极管D6自然关断,谐振电流全部流过Q2开关管。

T5时刻,关断Q2开关管,为硬开关关断,存在关断开关损耗。

1.6、开关模态6:T5-T6

T5-T6时间内,Q1、Q2开关管均为关断状态,此时谐振电流仍然为负电流,通过Q1的体二极管D5进行续流,给输出电容补充能量,以及给输出负载提供功率。

1.7、模态分析

从以上开关模态分析,可以看出fs>fr的谐振电感电流为连续状态,开关管具有如下特点:

  • 开关管零电压/零电流开通,没有开通损耗,开关管反并二极管为自然关断状态,没有反向恢复损耗;
  • 开关管关断为硬关断,存在关断损耗;
  • fs>fr时,谐振电路的电压超前于电流,呈感性。

2、参数变化仿真

2.1、fs频率变化仿真 

2.1.1、开关频率125kHz

2.1.2、开关频率150kHz

2.1.3、开关频率175kHz

2.1.4、开关频率200kHz

2.1.5、开关频率225kHz

2.1.6、开关频率250kHz

2.1.7、开关频率275kHz

2.1.8、开关频率300kHz

随着开关频率的增加,输出电压、输出功率同比例降低。

2.2、输入电压变化仿真

2.2.1、输入500V

2.2.2、输入600V

2.2.3、输入700V

2.2.4、输入800V

2.2.5、输入900V

因是开环仿真,输入电压增加,输出电压也同步增加。

2.3、输出负载变化仿真 

2.3.1、输出负载0.5Ω

2.3.2、输出负载5.5Ω

2.3.3、输出负载10.5Ω

2.3.4、输出负载15.5Ω

输出负载增加,输出电压、输出功率增加。

2.4、谐振电感值变化仿真

2.4.1、谐振电感10nH

2.4.2、谐振电感10uH

2.4.3、谐振电感100uH

2.4.4、谐振电感500uH

谐振电感越大,输出电压越小。

2.5、谐振电容值变化仿真

2.5.1、谐振电容10nF

2.5.2、谐振电容50nF

2.5.3、谐振电容100nF

2.5.4、谐振电容500nF

谐振电容越大,输出电压越大,与谐振电感的变化,互为对偶关系。

2.6、半桥分压电容值变化仿真

2.6.1、分压电容10nF

2.6.2、分压电容100nF

2.6.3、分压电容1uF

2.6.4、分压电容10uF

从上表数据,可以得知1uF、10uF的数据类似,相差不大。

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