在上一篇文章中,给大家留了一个小思考,具体请查看链接三电平拓扑2—飞跨电容三电平Boost仿真。在仿真过程中,发现一个奇怪的现象,电感电流一直在波动,请看图1。
图1 飞跨电容电压
首先我们分析一下电感电流波动的原因,因为仿真是完全开环的,开关管的PWM驱动给定的都是固定的频率fsw和占空比D,电感也是理想电感,其电感值不会发生变化。同时,根据大学电路所学,电感的电压公式
我们可以得到电感的纹波电流公式:
根据上述公式可以得出结论,电感纹波电流的波动一定是由于其两端电压U的波动。当然,这里是基于仿真中得出的结论,存在理想的假设条件:即开关频率、占空比以及电感量完全不变。我们通过仿真波形一看究竟,仿真波形如图2。从图中可以看到,飞跨电容的电压波动比较大,电感两端的电压波动也很大,原因是小编在刚开始的时候把飞跨电容设置的太小了。
图2
随后我们把电容逐渐加大,再看效果,飞跨电容电压波动保持在输出电压的一半附近,电感电流纹波不再波动,比较平稳。
图3
如何才能保证在T1和T2分别导通时电感电压稳定呢?现在我们来分析一下。根据第一篇文章三电平拓扑1—为什么要用三电平拓扑?中分析,当T1或者T2导通时,电感处于充电的阶段,当T1和T2都关断时,电感放电到输出端,当T1和T2都关断时,飞跨电容不参与主回路的功率传输,电感两端的电压为恒定值,可以列出等式(1),所以电感放电阶段对电感纹波电流影响可以忽略。
T1导通,T2关断时电流回路如图4
图4
当T1导通,T2关断时,根据基尔霍夫方程,电感两端的电压等式
T1关断,T2导通时电流回路如图5
图5
同理可以列出电感两端电压等式
电感纹波电流稳定的前提条件
推导得出:
飞跨电容的电压在拓扑中起着关键作用。为了保持电容上的电压纹波较低,需要选择合适的电容。为了确定所需的电容,需要考虑开关频率和最大允许电压纹波,我们再通过仿真看一下飞跨电容纹波电流和纹波电压的波形,如图6。
图6
电容的大小可以计算为:
理论计算只能保证飞跨电容上的电压大致在我们想要的电平附近,在实际应用中,不可避免的会出现电容电压偏离理想值得情况,如何保持飞跨电容电压的平衡和自动调节呢?由于时间有限,我们留到下一次分析。
免责声明:本文素材来源于网络,免费传达知识,素材版权归原作者所有;文中观点仅供分享交流,不代表本公众号立场,转载请注明出处,如涉及版权等问题,请您告知,我们将及时处理。