胡建平，李培強(qiáng)（.湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南衡陽(yáng) 4200；2.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 40082）

1 有源浮充結(jié)構(gòu)

普通變換器（以Buck、Boost變換器為例）由于變壓幅度受限制，如果能在普通變換器中增加一個(gè)能控制電壓的浮充平臺(tái)對(duì)輸入或輸出電壓進(jìn)行控制。這將大大提高變換器實(shí)現(xiàn)大變比電壓轉(zhuǎn)換的能力。圖1為目前3種有源浮充結(jié)構(gòu)的電路圖［6-7］，圖中的元件包括：儲(chǔ)存電路電能的電壓源電容Cf、高頻有源開(kāi)關(guān)Sf、非線性電感Lf和續(xù)流二極管VDf。浮充電路的功能就是利用電壓源電容Cf將原電路中多余電源能量先行存儲(chǔ)，再利用高頻開(kāi)關(guān)將電壓源電容Cf中存儲(chǔ)的能量通過(guò)Lf釋放給負(fù)載。

圖1 有源浮充平臺(tái)電路

2 帶有源浮充結(jié)構(gòu)的變換器

2.1 結(jié)構(gòu)

根據(jù)變換器的工作原理，將圖1中所示電路與普通變換器的電路相結(jié)合，優(yōu)化電路后可得到帶有源浮充結(jié)構(gòu)的變換器原理圖，如圖2所示。

由于圖中所示的3種結(jié)構(gòu)電路中所使用了完全相等的的元件，電路結(jié)構(gòu)的相似性使得3種電路的電壓增益也相同，都為M=D1D2（D1,D2分別為有源開(kāi)關(guān)S1、Sf的穩(wěn)態(tài)占空比）。所以本文只對(duì)其中一種結(jié)構(gòu)即結(jié)構(gòu)1進(jìn)行重點(diǎn)研究。

圖2 帶有源浮充結(jié)構(gòu)的調(diào)壓變換器電路

2.2 原理

變換后的電路中用整流開(kāi)關(guān)SR1和SR2代替了有源浮充電路中的續(xù)流二極管VD，假設(shè)電路的原始狀態(tài)為持續(xù)導(dǎo)通；此時(shí)電路處于穩(wěn)態(tài)，浮充電容Cf上電壓穩(wěn)定；開(kāi)關(guān)S1和Sf采用移相方式控制，電路的點(diǎn)空比≤0.45；通過(guò)控制開(kāi)關(guān)量S1、SR2、Sf、SR1的開(kāi)斷，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)可以得到3種工作狀態(tài)，具體見(jiàn)圖3。

圖3 變換器電路工作狀態(tài)

由于電路在穩(wěn)態(tài)工作下工作，電感Lo、Lf兩端的正伏秒值等于負(fù)伏秒值。電容Co、Cf兩端的正安秒值等于負(fù)安秒值。［8］所以有

圖4 有源浮充變換器四相交錯(cuò)并聯(lián)電路

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證新型變換器電路設(shè)計(jì)的有效性，應(yīng)用電路試驗(yàn)軟件Saber將新型變換器（見(jiàn)圖4）與基本型變換器在相同參數(shù)下進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，具體參數(shù)如下：Vs=12 V，Vo=1.2 V，Lo=Lf=0.48 μH，fs=250 kHz，Cf=68 μF，Co=820 μF ，io=50 A 。

圖5為兩種變換器的電壓應(yīng)力波形圖。從圖形中可以看出，新型變換器中電源開(kāi)關(guān)、電流開(kāi)關(guān)應(yīng)力峰值都只有6 V，而普通變換器為12 V。所以新開(kāi)變換器的開(kāi)關(guān)電壓明顯減少，功率損耗也減少，這將有益于電路中開(kāi)關(guān)管的選配（電壓等級(jí)越底越好），從而提高了變換器的工作效率，降低了生產(chǎn)成本。圖6為兩種變換器中電感、電容電流紋波對(duì)比圖。從圖中波形可以看出，新型變換器的電流波形與普通型相比只有其一半左右。因些新型變換器的低輸出電流紋波能有效減小開(kāi)關(guān)和電感損耗（由于降低了電感電流峰值和有效值RMS的緣故），提高效率。同時(shí)，可以減少對(duì)輸出濾波電容的數(shù)量要求，有利于減小變換器體積，提高整機(jī)功率密度。

圖5 兩種變換器電壓應(yīng)力對(duì)比圖

圖6 兩種變換器電感電流、電容電流波形對(duì)比圖

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)大變比調(diào)壓、高頻高效的調(diào)壓變換器的實(shí)現(xiàn)，本文提出了一種將有源浮充結(jié)構(gòu)加入到現(xiàn)有的調(diào)壓變換電路之中，提出了一種新型調(diào)壓變換器，通過(guò)對(duì)新型變換器的電路實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。證明了電路設(shè)計(jì)的有效性和合理性。對(duì)高頻高效大變比調(diào)壓變換器的設(shè)計(jì)提供了新思路和新方法。

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胡建平（1982-），男，漢族，湖南衡陽(yáng)人，湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究生，主要研究方向?yàn)殡娮印㈦娖髫?fù)荷功率研究，944264426@qq.com；

李培強(qiáng)（1975-），男，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，副教授，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)功率分析與建模，12566477@qq.com。