行业天天彩票投注
Group news
江苏宏丰木业天天彩票投注    您的位置: 天天彩票投注  >  行业天天彩票投注  >  正文

应用Buck TL变换器的新整流方案可减小输出电压纹波,增加电压稳定度

2019年11月09日 文章来源:网络整理 热度:172℃ 作者:刘英

中科院强磁场中心的40 T稳态强磁场装置的磁体由内水冷磁体和外超导磁体两部分组成,它们对磁体电源的电压稳定度均有一定要求。目前内水冷磁体电源的整流部分是三相可控硅整流电路,输出电压纹波较大,对此本文提出了一套新的整流方案。

自1981年日本的Akira Nabae教授提出了中点箍位逆变器[1]之后,越来越多的三电平电路出现了。其中Buck三电平(Three-Level,TL)直流变换器对开关器件耐压要求低,输出纹波小,适用于高电压大电流场合。本文阐述了Buck TL变换器的基本情况与优点,提出利用Buck TL变换器结合三相不控整流电路来替代可控硅整流电路的水冷磁体电源整流方案。文中对电路进行了参数计算和仿真设计,并分析仿真结果得出了结论。

1 简介

1.1 基本情况

Buck TL变换器电路图如图1所示。Cd1和Cd2是分压电容,容量大且相等,理想工作状态下其电压均为输入电压Vin的一半;Q1、Q2是开关管,D1、D2是续流二极管;Lf是滤波电感,Cf是滤波电容,Rld是负载。

应用Buck TL变换器的新整流方案可减小输出电压纹波,增加电压稳定度

1.2 优点

1.2.1 电压控制

电感电流连续时,Vo=DVin。因此Buck三电平变换器对输出电压具有良好的控制特性。

1.2.2 电压应力

在Vin相同的情况下,Buck TL变换器开关管的电压应力仅为输入电压的一半,是经典Buck变换器的二分之一,大大改善了开关管的工作条件,有利于开关管的选取[2]。

1。2。3 电压纹波

外界条件相同的情况下,Buck TL变换器与传统Buck变换器相比,输出电压的纹波更小。

2 参数计算

结合水冷磁体电源电路的实际情况与本文提出的整流方案,对Buck TL变换器进行参数设计。负载取纯电阻Rld=5 Ω;开关管取IGBT,开关频率为10 kHz。

2.1 输入电压

如图2所示,三相电压经变压器输入到可控硅整流电路,线电压有效值V1=610 V。根据三相不控电路的原理,其输出直流电压平均值V2=1。35V1=823。5 V。

三相不控电路输出电压除直流分量外还含有6、12、18等次谐波,其中6次谐波最大。已知m脉波整流电压谐波幅值[3]为:

代入n=6,m=6(K=1),得V6m=47。07 V。

忽略高次纹波,Buck TL变换器的输入电压为vin=823.5+47sin600πtV。

2.2 分压电容

首先分析分压电容的充电过程。Buck TL变换器有三电平和两电平两种工作模式[4],在三电平模式下进行分析,三电平模式下的主要波形如图3所示。

应用Buck TL变换器的新整流方案可减小输出电压纹波,增加电压稳定度

D>0.5时,变换器工作在三电平模式(Three-Level Mode,3L Mode)。

(1)开关模态1

t0-t1阶段和t2-t3阶段。Q1、Q2开通,电感电流iLf上升,AB端电压VAB=Vin;此时Cd1、Cd2上没有电流通过。

(2)开关模态2

t1-t2阶段。Q1开通,Q2关断,iLf下降,VAB=0.5 Vin;此时Cd1放电,Cd2充电。

(3)开关模态3

t3-t4阶段。Q1关断,Q2开通,iLf下降,VAB=0.5 Vin;此时Cd1充电,Cd2放电。

分析开关模态2,开关模态2时的等效电路如图4所示。

应用Buck TL变换器的新整流方案可减小输出电压纹波,增加电压稳定度

如图4所示,此时Cd1放电,Cd2充电。设通过Cd1、Cd2和Q1的电流大小分别为id1、id2、iq1,Cd1和Cd2两端的电压大小分别为ud1和ud2。已知Cd1=Cd2。由基尔霍夫定律知id1+id2=iq1,Vin=ud1+ud2,则两电容电压的变化量在任意时间内都相等,即Δud1=Δud2。由电容充放电公式有:

可推得id1=id2=0.5iq1。

设电容电压在t1-t2阶段的变化量Δud1=Umd1。取Umd1为Ud1的10%,则Umd1=0.1·0.5Vin=41.2 V。设输出电压稳定在500 V,则负载电流iR=Uo/Rld=100 A。结合iq1=iL,IL=IR,代入电容充放电公式:

应用Buck TL变换器的新整流方案可减小输出电压纹波,增加电压稳定度

得分压电容Cd1=Cd2=9.53×10-5 F。

2.3 输出滤波器

已知输出电压最大谐波为6次谐波,则取截止频率为300 Hz,可代入

应用Buck TL变换器的新整流方案可减小输出电压纹波,增加电压稳定度

可算得L=2.65×10-3 H,C=1.06×10-5 F。

3 分压电容均衡问题

Buck三电平变换器正常工作的前提是两个分压电容的电压保持相等。但在实际电路运行时,由于控制电路、驱动电路或两开关特性不同,两开关管的导通时间会有差异,它们所接受或提供的能量也不同,最终导致两电容电压不相等。

上一篇:一文详解电池不一致性和模组并联


下一篇:对PCB失效的分析技术进行详解

友情链接
Links
福建快3 金丰彩票 上海天天彩选4 顶级手机网投 名人彩票开户 518彩票注册 福彩3D 明仕彩票平台 立博官网 宝马开户