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1軟開關(guān)技術(shù)

開關(guān)器件在動作過程中開關(guān)管的電壓和電流的重疊會產(chǎn)生很大的功率損耗;同時由于電壓和電流變化速度比較快，電壓和電流波形的過沖會形成噪聲。開關(guān)管的工作頻率越高，產(chǎn)生的損耗和噪聲就越大。為解決上述問題，可以實(shí)現(xiàn)電路的高頻化和小型化的軟開關(guān)的概念應(yīng)運(yùn)而生。軟開關(guān)電路一般分為兩類:一種是通過增加輔助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān);另外一種是通過對開關(guān)管控制電路的合理設(shè)計來實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)［4］。通過增加輔助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的電路因?yàn)樾枰黾宇~外的器件，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，同時對電路軟開關(guān)的控制較為困難;控制型軟開關(guān)技術(shù)則是通過對開關(guān)管的驅(qū)動信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂苼韺?shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)［5］。文獻(xiàn)［4］指出了控制型軟開關(guān)的四種常見的PWM控制策略:不對稱互補(bǔ)脈沖PWM控制，不對稱脈沖PWM控制，脈沖移位PWM控制以及移相脈沖PWM控制。圖3是上述4種控制型軟開關(guān)的PWM控制策略。

文獻(xiàn)［6］利用電感和電容器件的諧振實(shí)現(xiàn)了電流饋入型半橋變換器的軟開關(guān)，但是由于電路采用的變頻控制(PFM)，實(shí)現(xiàn)變換器的優(yōu)化設(shè)計較為困難，影響了該方法的使用。為了對電路進(jìn)行頻率恒定的脈沖寬度調(diào)制即PWM控制，在調(diào)節(jié)開關(guān)管占空比過程中會導(dǎo)致開關(guān)管開通時間的不對稱，因此文獻(xiàn)［7］通過采用不對稱互補(bǔ)脈沖控制實(shí)現(xiàn)了電流饋入型半橋變換器的軟開關(guān)。

2半橋變換器仿真分析

使用MATLAB仿真軟件分別對傳統(tǒng)的電流饋入型半橋變換器和基于控制型軟開關(guān)的改進(jìn)型電流饋入型半橋變換器進(jìn)行仿真分析。對兩種變換器采用相同的仿真參數(shù)，輸入電壓值為40V，占空比D=70%，開關(guān)頻率50kHz。傳統(tǒng)的電流饋入型半橋變換器開關(guān)管S1和S2的觸發(fā)脈圖4傳統(tǒng)電流饋入型半橋變換器的輸入電流和輸入電感L1、L2的電流沖相差180°。圖4是傳統(tǒng)半橋變換器的輸入電流iin、電感L1的電流iL1和電感L2的電流iL2。從圖中可以看出，當(dāng)輸入電感足夠大時，輸入電感電流基本上為輸入電流的一半，與前部分章節(jié)中對變換器的理想化假設(shè)分析一致。圖5是傳統(tǒng)的電流饋入型半橋變換器流過開關(guān)管S1的電壓uS1、電流iS1和開關(guān)信號D的仿真波形。從圖中可以看出，傳統(tǒng)的電流饋入型半橋變換器工作于硬開關(guān)狀態(tài)，電壓存在著很大的關(guān)斷電壓尖峰。圖6和圖7分別是改進(jìn)型的電流饋入型半橋變換器開關(guān)管S1的電壓uS1、電流iS1和開關(guān)信號D的仿真波形和S2的電壓uS2、電流iS2和開關(guān)信號D的仿真波形。從圖中可以看出，與傳統(tǒng)的電流饋入型半橋變換器相比，采用控制型軟開關(guān)的改進(jìn)型電流饋入型半橋變換器可以工作于軟開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)管S1和S2都實(shí)現(xiàn)了零電流關(guān)斷，從而從根本上消除了由于開關(guān)管關(guān)斷引起的關(guān)斷電壓尖峰，大大降低變換器的能量損耗，因此本文提出將可以實(shí)現(xiàn)電氣隔離、高電壓增益和高效率的改進(jìn)型電流饋入型半橋變換器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的前級DC/DC變換器。

3結(jié)束語

本文首先介紹了直流母線式光伏發(fā)電系統(tǒng)對前級直流變換器的拓?fù)涞南嚓P(guān)要求，選擇高電壓增益和電氣隔離的電流饋入型半橋變換器作為前級變換器，并分析了電流饋入型半橋變換器的運(yùn)行特性。隨后闡述以往文獻(xiàn)中針對傳統(tǒng)電流饋入型半橋變換器存在的啟動和開關(guān)過沖問題的解決辦法，然后擇優(yōu)選取控制型軟開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電流饋入型半橋變換器的軟開關(guān)。文中詳細(xì)分析了改進(jìn)的電流饋入型半橋變換器的工作過程、特性以及變換器實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的條件。

作者：閆佳樂張振國李紀(jì)文張昊易勇華張青青單位：上海理工大學(xué)光電信息與計算機(jī)工程學(xué)院