[摘要]本文介紹了串聯(lián)諧振逆變器電路構(gòu)成的零電流軟件開關(guān)變換器，并描繪了其在穩(wěn)態(tài)時的工作原理。對帶有電壓箝位二極管環(huán)路的半橋零電流諧振DC-DC變換器的性能進行了評價。實驗結(jié)果表明，該變換器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，效率高，容易實現(xiàn)軟開關(guān)，且產(chǎn)生的開關(guān)損耗很小。
[關(guān)鍵詞]：雙極性靜電感應(yīng)晶體管；軟開關(guān)；半橋；零電流；電壓箝位;
1 引言
隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展。PWM型DC/DC變換器的應(yīng)用日益廣泛。如今，高性能、高效率、小型化和輕量化越來越成為各類PWM型DC/DC變換器追求的目標。然而，軟開關(guān)技術(shù)是電力電子裝置，特別是直流變換裝置向高頻化、高功率密度化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。半橋變換器因所用開關(guān)器件少，開關(guān)管電壓應(yīng)力不高。驅(qū)動簡單，抗電路不平衡能力強，已在中小型逆變器中得到廣泛應(yīng)用。半橋零電流轉(zhuǎn)換諧振技術(shù)相對于其它零電流技術(shù)，具有很大的優(yōu)越性。因此本文介紹了一種由串聯(lián)諧振逆變器電路構(gòu)成的零電流軟件開關(guān)變換器。
2 靜電感應(yīng)器件
雙極型靜電感應(yīng)晶體管(B-SIT)是將SIT和雙極性器件BJT的作用綜合在一起，取各自優(yōu)點而形成的一種新型快速功率半導(dǎo)體器件。它具有工作頻率高，頻帶寬，輸出功率大、增益高，輸入阻抗高，容易驅(qū)動，輸出阻抗低，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。是一種可取代雙極功率晶體管的理想器件。任何一種器件，都需對其特性參數(shù)有很深刻的了解，這樣才能運用自如。雙極性靜電感應(yīng)晶體管（B-SIT）的典型電特性如表1所示，B-SIT由達林頓電路構(gòu)成以獲得高電流增益，具有比單晶體管高1V的飽和電壓。
表1 典型B—SIT的電特性
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項 目 符 號 條 件 最大額定值 |
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漏--門電極，V UDG 300 漏電流，A ID 300 門電流，A IG 20 功率損耗，W Pt 1500 漏源導(dǎo)通電阻，mA RDS 7 |
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漏—門正向電壓降 UDS（on） ID=300A 1.8V 導(dǎo)通電阻 ROS（on） IG=0.7A 6mA |
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開關(guān)時間 Ton UDS=150V 0.2us Toff ID=300A 3us 門電流（導(dǎo)通） IG1=1A 門電流（截止） IG2= -1A |
3 基于B-SIT的半橋諧振DC-DC變換器電路
變換器的電路構(gòu)成，如圖1所示，包括兩個準諧振開關(guān)和電壓箝位二極管回路的基本半橋型電壓箝位ZCS（即零電流開關(guān)）諧振DC-DC變換器電路，SI器件采用B-SIT晶體管。
圖1 半橋型電壓箝位ZCS諧振DC--DC變換器電路
3.1 工作原理
穩(wěn)態(tài)工作下的典型電壓和電流波形，如圖2所示，這里僅介紹上邊單元1電路中的開關(guān)工作。設(shè)開關(guān)器件為理想的，假如在t＜t0時刻，開關(guān)器件（SW1）處于截止狀態(tài)，即USW1=0，UC1=-E，isw1=0，iD2=0。分析如下：
狀態(tài)1（t0≤t≤t1）：當SW1在t0時刻導(dǎo)通時，諧振電路由開關(guān)器件（SW1）、諧振電容（C1）、電感（L11）組成，諧振電流在閉合回路SW1→L11→C1中流動。ICS工作的準諧振頻率由L11和C1決定。諧振電容電壓UC1從-E逐漸增加。
狀態(tài)2（t1≤t≤t2）：當加在諧振電容上的電壓UC1在t1時刻達到-E/2V時，二極管D21導(dǎo)通，電流iD21經(jīng)電感L21流向負載，并且isw1在t2時刻消失，變換器的諧振頻率由諧振電容C1和諧振電感I21決定。
狀態(tài)3（t2≤t≤t3）：此后，諧振電容電壓UC1達到峰值，UC1開始減小并在t3時刻達到0，同時，加在開關(guān)器件上的電壓USW1達到0值。
狀態(tài)4（t3≤t≤t4）：當UC1在t4時刻達到-E，二極管D11導(dǎo)通，因二極管D11成為正偏，貯存在電抗器L21中的電磁能量經(jīng)負載還原到DC電源直到t4時刻，且開關(guān)器件上的電壓USW1箝位于DC電源電壓（E）。
狀態(tài)5（t4≤t≤t5）：該狀態(tài)中的電流和電壓如下：iD11=0，iD21=0， iL21=0，USW1=E，UC1=-E，因為兩單元為相反相位的對稱工作，結(jié)果加在高頻輸出變壓器原邊線圈上的輸出電壓波形（Up）成為如圖2中的正弦波電壓。
圖2 穩(wěn)態(tài)下的典型電壓、電流波形
3.2 ZCS諧振變換器電路的特點
⑴變換器將電源開關(guān)器件的開關(guān)損耗減至最小。
⑵開關(guān)器件上的USW1和USW2被箝位二極管（D11、D12）箝位于電源DC電壓值，所以開關(guān)器件上的電壓減為恒值。
⑶通過改變單元1和單元2驅(qū)動開關(guān)模型之間的相差角變換器的輸出電壓能夠從最小值到最大值連續(xù)變化。
輸出電壓調(diào)節(jié)策略下的門極開關(guān)信號序列，如圖3示，為了調(diào)節(jié)輸出電壓，單元2中的SW2以相對于單元1值SW1一定的移相差角（φ）工作，通過控制相差角（φ），輸出電壓能從零到最大電壓值平滑控制。
圖3 輸出電壓調(diào)節(jié)控制開關(guān)序列
3.3 實驗結(jié)果
在試驗電路板上，觀察了使用B-SIT組件的功率轉(zhuǎn)換效率，它在最大輸出電壓時為94%，變換器的電路元件參數(shù)設(shè)計如下：
L11=L12=3.5μH， L21=L22=16.5μH， C=1200μF， C1=C2=0.58uF， R=2.5Ω， L01=2.2mH， L02=0.76 mH， E=100V。
4 結(jié)論
本文設(shè)計了一種基于B-SIT的新型半橋諧振DC-DC變換器電路。并分析了該變換器的工作原理和參數(shù)選擇。試驗結(jié)果表明。諧振變換器具有易實現(xiàn)軟開關(guān)、能工作在很高開關(guān)頻率下，產(chǎn)生的開關(guān)損耗小等優(yōu)點。并且該變換器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，效率高，電壓能從零到最大值平滑控制，具有一定的實用價值。
該變換器電路廣泛應(yīng)用于大功率感應(yīng)加熱逆變器、大功率超聲波發(fā)生器、高壓臭氧發(fā)生器等設(shè)備上。
本文創(chuàng)新點：將一種新型高速功率半導(dǎo)體器件B-SIT應(yīng)用于半橋諧振DC-DC變換器電路中，成功實現(xiàn)了半橋零電流諧振DC-DC變換器的功能。對B-SIT和ZCS諧振變換器電路的推廣應(yīng)用提供了一定的實用價值。
參考文獻
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