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半橋串聯諧振變換器(SRC):fs>fr

1、工作模態

1.1、開關模態1:T0-T1

在T0時刻,諧振電感電流為負電流,也就是說在G1未施加開通驅動脈沖時,諧振電感電流流過Q1的體二極管D5進行環路續流。

因D5導通,Q1開關管的管壓降為一個二極管的壓降,或者可以近似認為Q1開關管的壓降鉗位在零電壓。

在T0時刻給Q1提供開通驅動信號,可以實現Q1開關管的零電壓/零電流開通,Q1開關管沒有開通損耗,并且此時雖然Q1開關管導通,但沒有電流流過,諧振電流仍舊流過D5。

T1時刻,負諧振電感電流上升為零電流,開關模態1結束。

1.2、開關模態2:T1-T2

T1時刻,Q1開關管已經導通,諧振電感電流為零電流,諧振電感電流正向增加,Q1體二極管自然關斷,諧振電感電流流過Q1開關管。

T2時刻,關斷Q1開關管,為硬開關關斷,存在關斷開關損耗。

1.3、開關模態3:T2-T3

T2-T3時刻區間內,Q1、Q2開關都處于關斷狀態,為Q1、Q2的死區時間。

此區間內的諧振電感電流為正向電流,通過Q2開關管的D6續流,給輸出電容、輸出電阻提供能量和功率輸出。

1.4、開關模態4:T3-T4

T3時刻,給Q2開關管提供G2開通驅動信號,雖然開關管Q2導通,但沒有電流流過,諧振電流仍舊流過Q1的體二極管D6。

T4時刻,諧振電感電流過零,開關模態4結束。

1.5、開關模態5:T4-T5

T4時刻,諧振電流由零電流轉變為負電流,Q1體二極管D6自然關斷,諧振電流全部流過Q2開關管。

T5時刻,關斷Q2開關管,為硬開關關斷,存在關斷開關損耗。

1.6、開關模態6:T5-T6

T5-T6時間內,Q1、Q2開關管均為關斷狀態,此時諧振電流仍然為負電流,通過Q1的體二極管D5進行續流,給輸出電容補充能量,以及給輸出負載提供功率。

1.7、模態分析

從以上開關模態分析,可以看出fs>fr的諧振電感電流為連續狀態,開關管具有如下特點:

  • 開關管零電壓/零電流開通,沒有開通損耗,開關管反并二極管為自然關斷狀態,沒有反向恢復損耗;
  • 開關管關斷為硬關斷,存在關斷損耗;
  • fs>fr時,諧振電路的電壓超前于電流,呈感性。

2、參數變化仿真

2.1、fs頻率變化仿真 

2.1.1、開關頻率125kHz

2.1.2、開關頻率150kHz

2.1.3、開關頻率175kHz

2.1.4、開關頻率200kHz

2.1.5、開關頻率225kHz

2.1.6、開關頻率250kHz

2.1.7、開關頻率275kHz

2.1.8、開關頻率300kHz

隨著開關頻率的增加,輸出電壓、輸出功率同比例降低。

2.2、輸入電壓變化仿真

2.2.1、輸入500V

2.2.2、輸入600V

2.2.3、輸入700V

2.2.4、輸入800V

2.2.5、輸入900V

因是開環仿真,輸入電壓增加,輸出電壓也同步增加。

2.3、輸出負載變化仿真 

2.3.1、輸出負載0.5Ω

2.3.2、輸出負載5.5Ω

2.3.3、輸出負載10.5Ω

2.3.4、輸出負載15.5Ω

輸出負載增加,輸出電壓、輸出功率增加。

2.4、諧振電感值變化仿真

2.4.1、諧振電感10nH

2.4.2、諧振電感10uH

2.4.3、諧振電感100uH

2.4.4、諧振電感500uH

諧振電感越大,輸出電壓越小。

2.5、諧振電容值變化仿真

2.5.1、諧振電容10nF

2.5.2、諧振電容50nF

2.5.3、諧振電容100nF

2.5.4、諧振電容500nF

諧振電容越大,輸出電壓越大,與諧振電感的變化,互為對偶關系。

2.6、半橋分壓電容值變化仿真

2.6.1、分壓電容10nF

2.6.2、分壓電容100nF

2.6.3、分壓電容1uF

2.6.4、分壓電容10uF

從上表數據,可以得知1uF、10uF的數據類似,相差不大。

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