此阶段电流电压波形如图4所示。等效电路如图5所示。对电路的分析可按以下几个阶段进行,其中电流iLk的波形非常重要,它等于变压器右侧的电流iT2。
图4 能量从低压向高压流动时变压器右侧电压、电流波形
图5 能量从低压向高压传送过程中各阶段等效电路
阶段1:t1~t2。M1,M2,S3导通,由于S1内部二极管DS1和S3的导通,使变压器右侧c,d两点短路,变压器右侧和iLk相关的等效电路如图5a所示。电流iLk值如式(1)所示,电感Lk储能,储能时间可通过S3导通的时间进行控制。
式中:UT2为变压器右侧电压幅值。
阶段2:t2~t3。在t2时刻S3关断,经短暂的延时后,对S4加触发脉冲,但S4并不立即导通。此时电感电流iLk经S1,S4内部二极管对电容C2进行充电,电流表达式如式(2)所示,等效电路如图5b所示。
式中:U2为高压侧的直流输出电压值。
值得注意的是,阶段1和阶段2构成了一个电压提升工作方式,改变S3门极脉冲的占空比,可调节变压器右侧,即高压侧的输出电压,根据电压提升电路的特性UT2和U2之间有式(3)所示的关系。
式中:D为占空比,即S3在M1,M4导通阶段所占的比例;ton=t2-t1;T为iLk的半周期。
阶段3:t3~t4。在t3点M1,M4关断,此时iLk迅速回落,iLk的变化如式(4)所示,式(4)中Td为死区时间,等效电路如图5c所示。
阶段4:t4~t5。在t5点M2,M3,S4导通,此时反向重复阶段1的过程。
高压向低压侧传送能量的过程当能量从高压向低压方向传送时,要求S1~S4处于逆变状态,M1~M4处于提升状态,对开关器件的门控信号作和上述相同的设定,要求对开关器件的门极加如图6所示的控制信号。流过变压器的电流波形和变压器两端的电压波形和图4波形的形状基本相同。
图6 能量从高压向低压流动时的门极控制脉冲
零电压开关分析
为实现开关器件的软切换,减小开关过程中的电压和电流值,尽量使开关切换在接近零电压时进行,因此在逆变器开关换流时,设置了死区Td。在图2所示电路中,当能量从低压向高压传送时,在M1从导通向截止换流,M2由截止向导通换流时,中间设置死区Td,如图7所示。考虑到电容Cs1=Cs2,因此,换流期间可以认为UCM1+UCM2=UCM3+UCM4维持不变,等于U1。由于M1关断,CM1充电,电压UCM1从0开始上升,而UCM2放电,电压从U1下降,升、降值相同,维持和不变。因此,CM1的充电电流为iT1/2,CM1充电到电压U1时,CM2放电到0V。如果继续对CM1充电,CM2将被反向充电,DM2会导通。此时为M2的零电压开通提供了条件。对CM1的充电是在iT1的作用下进行的,根据电容充电过程中电流、电压和时间之间的关系可得