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        諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的技術(shù)研究

        2017-10-14 13:14:15王靜茹陳愛容
        船電技術(shù) 2017年8期
        關(guān)鍵詞:諧振直流原理

        王靜茹,邱 彬,王 華,陳愛容,榮 軍,2

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        諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的技術(shù)研究

        王靜茹1,邱 彬1,王 華1,陳愛容1,榮 軍1,2

        (1.湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院,湖南岳陽(yáng)414006;2. 復(fù)雜工業(yè)物流系統(tǒng)智能控制與優(yōu)化湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南岳陽(yáng)414006)

        闡述了應(yīng)用于電壓型逆變器的諧振直流環(huán)電路的工作原理,給出了其在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真結(jié)果。通過仿真結(jié)果得出,諧振直流環(huán)電路可實(shí)現(xiàn)零電壓開通,使開關(guān)損耗為零,但是電壓uCr諧振峰值很高,增加了對(duì)逆變器開關(guān)器件耐壓的要求。

        諧振直流環(huán) 軟開關(guān) 仿真

        0 引言

        所謂“軟開關(guān)”是指通過引入諧振使功率開關(guān)管開通前電壓先降到零,關(guān)斷前電流先降到零,它主要為解決電路中的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲問題,提高開關(guān)頻率,使電力電子裝置實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。諧振直流環(huán)是適用于變頻器的一種軟開關(guān)電路,它主要應(yīng)用于交流-直流-交流變換電路的中間直流環(huán)節(jié)。通過在直流環(huán)節(jié)中引入諧振,使電路中的整流器或逆變器工作在軟開關(guān)的條件下。本文對(duì)應(yīng)用于電壓型逆變器的諧振直流環(huán)電路進(jìn)行了研究,首先詳細(xì)地闡述了該電路的工作原理,然后借助仿真軟件MATLAB/Simulink對(duì)電路的工作波形進(jìn)行了建模與仿真,最后通過仿真結(jié)果對(duì)電路進(jìn)行了分析。

        1 諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的工作原理

        諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路如圖1所示。圖1中,為輸入直流電壓,諧振電感、諧振電容和輔助開關(guān)S構(gòu)成中間直流諧振環(huán)節(jié)。它用一個(gè)輔助開關(guān)S使逆變橋中所有的開關(guān)工作在零電壓開通的條件下,但實(shí)際中S的開關(guān)動(dòng)作可以用逆變電路中開關(guān)的直通與關(guān)斷來代替。又由于電壓型逆變器的負(fù)載通常為感性,而且在諧振過程中逆變電路的開關(guān)狀態(tài)是不變的,因此在分析時(shí)可將圖1所示的系統(tǒng)原理電路簡(jiǎn)化等效為圖2,其理想化波形如圖3所示,其工作原理分析如下:

        0~1時(shí)段:0時(shí)刻之前,電感L的電流大于負(fù)載電流I,開關(guān)S處于通態(tài),0時(shí)刻,S關(guān)斷,電路發(fā)生諧振。因?yàn)椋虼藢?duì)充電,不斷升高,直到時(shí)刻,。

        圖2 諧振直流環(huán)電路的等效電路

        圖3 諧振直流環(huán)電路的理想化波形

        2 諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路在MATLAB/Simulink的建模與仿真

        2.1仿真模型

        在MATLAB/Simulink中建立諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路仿真模型如圖4[2-4]所示,其仿真模型由直流電源、觸發(fā)脈沖、電力MOSFET、RL負(fù)載、諧振電感以及諧振電容等模塊構(gòu)成。

        2.2仿真結(jié)果及其分析

        在MATLAB/Simulink中建立諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路仿真模型后,給出其仿真結(jié)果如圖5所示。其中圖5所示的仿真波形從上到下為功率開關(guān)管電壓、開關(guān)管電流、負(fù)載電流和諧振電流。從圖中可以看出當(dāng)功率開關(guān)管電壓為零,原因在于諧振時(shí)使電力MOSFET反并聯(lián)的二極管導(dǎo)通,流過反向電流,使電力MOSFET的電壓鉗位為零,因此實(shí)現(xiàn)零電壓開通,可以將開關(guān)損耗降為零,與理論分析完全一致。

        圖4 諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的仿真模型

        圖5 諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的仿真波形圖

        3 結(jié)束語(yǔ)

        本文首先詳細(xì)的闡述了諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的工作原理,然后借助仿真軟件對(duì)其工作過程進(jìn)行了理論驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路能夠?qū)崿F(xiàn)主電路功率開關(guān)管的零電壓開通。相比較實(shí)際電路設(shè)計(jì),借助MATLAB仿真軟件能夠簡(jiǎn)便以及低成本的驗(yàn)證其工作原理,為其實(shí)際應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

        [1] 王兆安, 劉進(jìn)軍. 電力電子技術(shù)[M]. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.

        [2] 張曉凡, 榮軍, 倪艷琴, 等. 三種單相半波可控整流電路的比較研究[J]. 船電技術(shù), 2016, 36(3): 1-5.

        [3] 李真貴, 胡楊昊, 佘海湘, 等. 三電平逆變器改進(jìn)型SVPWM研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化, 2014, 33(4): 49-54.

        Research on Technology of Resonant DC Link Soft Switching Circuit

        Wang Jingru1, Qin Bin1, Wang Hua1, Chen Airong1, Rong Jun1,2

        (1.Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, Hunan, China; 2. Key Laboratory of Hunan Province on Intelligent Control and Optimization of Complex Industrial Logistics System, Yueyang 414006, Hunan, China)

        TM711

        A

        1003-4862(2017)08-0075-02

        2017-03-29

        湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助(2016TP1021)和2016年岳陽(yáng)市科技計(jì)劃項(xiàng)目

        王靜茹(1996-),女,本科在讀,自動(dòng)化專業(yè)。

        榮軍(1978-),男,碩士,講師。專業(yè)方向:開關(guān)電源、電機(jī)控制。E-mail: rj1219@163.com

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