雙有源全橋變換器(dual active full bridge,DAFB)適用于大功率雙向變換領域,由于具備軟開關,輸入輸出寬等優點,被廣泛應用。
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雙有源全橋變換器最早追溯到上世紀90年代,我在雙有源橋(DAB)變換器 隨筆中已提到。最初DAFB采用SPS控制,這種控制方法十分簡單,容易實現,但是它也有許多的缺點,主要是輕載和電壓不匹配時效率低,而且ZVS容易丟失。典型DAFB拓撲如圖1所示。
圖1 DAFB拓撲
可以將圖1中的拓撲功率傳輸可以看作為電力系統中兩條母線之間功率流動,簡化電路如圖2所示。
圖2 功率流向示意圖
工作原理不再這里展開,許多論文和書籍中有詳細分析過程。
在雙有源橋的功率級設計中,最重要的因素是漏感的選擇、相移角、輸出電容額定值、開關頻率、SiC mosfet的選擇、變壓器和預期的ZVS運行范圍。這些設計參數中有許多是相互關聯的,其中任何一個參數的選擇都直接影響到其他參數。例如,漏電感的選擇直接影響到傳輸的最大功率,進而影響到相移。
1、漏感
漏電感的選擇是設計中最重要的參數。與變換器輸出功率密切相關,表達式如下
式中可以看出,電感值減小輸出功率增大,給定開關頻率、漏電感、輸入輸出電壓時,功率變換的最大值出現在Ø=π/2處。
SPS控制DAFB電感電流工作波形如圖3所示。
圖3 電感電流工作波形
根據波形可以得到I1和I2的電流表達式如下
根據電流表達式可以達到軟開關的條件如下
第一個式子是副邊滿足軟開關的條件,第一個式子是原邊滿足軟開關的條件。
根據上述分析,就可以得到漏感、電壓傳輸比、移相角與輸出功率的曲線。如圖4所示。
圖4 不同電感值軟開關范圍與電壓傳輸比的關系
TI參考設計 TIDA-010054給出的關系曲線如圖5所示。
圖5 不同電感值軟開關范圍與電壓傳輸比的關系
圖4根據分析得出的曲線和圖5曲線規律恰好相反,不知道是自己的問題還是參考手冊上的有問題,但是不影響原理的分析。
總結:本部分給出了漏感的分析方法及滿足ZVS的范圍,這也是分析變換器非常重要的部分。
最后:感謝“RK仿真工作室”提供的幫助,視頻非常好,學習了視頻之后感覺茅塞頓開,對基于SPS的DAFB有了新的感悟,為接下來的學習奠定了基礎。如有需要的朋友可以留言或與小編聯系。