基于B-SIT的半桥谐振DC-DC变换器电路

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[摘要]本文介绍了串联谐振逆变器电路构成的零电流软件开关变换器，并描绘了其在稳态时的工作原理。对带有电压箝位二极管环路的半桥零电流谐振DC-DC变换器的性能进行了评价。实验结果表明，该变换器结构简单，成本低，效率高，容易实现软开关，且产生的开关损耗很小。
[关键词]：双极性静电感应晶体管；软开关；半桥；零电流；电压箝位;  

1  引言
随着电力电子技术的快速发展。PWM型DC/DC变换器的应用日益广泛。如今，高性能、高效率、小型化和轻量化越来越成为各类PWM型DC/DC变换器追求的目标。然而，软开关技术是电力电子装置，特别是直流变换装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术。半桥变换器因所用开关器件少，开关管电压应力不高。驱动简单，抗电路不平衡能力强，已在中小型逆变器中得到广泛应用。半桥零电流转换谐振技术相对于其它零电流技术，具有很大的优越性。因此本文介绍了一种由串联谐振逆变器电路构成的零电流软件开关变换器。
2 静电感应器件
    双极型静电感应晶体管(b-SIT)是将SIT和双极性器件bJT的作用综合在一起，取各自优点而形成的一种新型快速功率半导体器件。它具有工作频率高，频带宽，输出功率大、增益高，输入阻抗高，容易驱动，输出阻抗低，热稳定性好等优点。是一种可取代双极功率晶体管的理想器件。任何一种器件，都需对其特性参数有很深刻的了解，这样才能运用自如。双极性静电感应晶体管（b-SIT）的典型电特性如表1所示，b-SIT由达林顿电路构成以获得高电流增益，具有比单晶体管高1V的饱和电压。

                             表1  典型b—SIT的电特性



项    目            符    号      条    件      最大额定值


漏--门电极，V         UDG                                 300
漏电流，A             ID                          300
门电流，A             IG                           20
功率损耗，W          Pt                           1500
漏源导通电阻，mA     RDS                          7


漏—门正向电压降      UDS（on）  ID=300A          1.8V
导通电阻              ROS（on）  IG=0.7A           6mA


开关时间              Ton         UDS=150V         0.2us
                      Toff         ID=300A          3us
                                 门电流（导通）
                                 IG1=1A
                                 门电流（截止）
                                 IG2= -1A

3  基于b-SIT的半桥谐振DC-DC变换器电路
变换器的电路构成，如图1所示，包括两个准谐振开关和电压箝位二极管回路的基本半桥型电压箝位ZCS（即零电流开关）谐振DC-DC变换器电路，SI器件采用b-SIT晶体管。



图2  稳态下的典型电压、电流波形

3.2  ZCS谐振变换器电路的特点
⑴变换器将电源开关器件的开关损耗减至最小。
⑵开关器件上的USW1和USW2被箝位二极管（D11、D12）箝位于电源DC电压值，所以开关器件上的电压减为恒值。
⑶通过改变单元1和单元2驱动开关模型之间的相差角变换器的输出电压能够从最小值到最大值连续变化。
输出电压调节策略下的门极开关信号序列，如图3示，为了调节输出电压，单元2中的SW2以相对于单元1值SW1一定的移相差角（φ）工作，通过控制相差角（φ），输出电压能从零到最大电压值平滑控制。




图3 输出电压调节控制开关序列
3.3  实验结果
在试验电路板上，观察了使用b-SIT组件的功率转换效率，它在最大输出电压时为94%，变换器的电路元件参数设计如下：
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  结论
本文设计了一种基于b-SIT的新型半桥谐振DC-DC变换器电路。并分析了该变换器的工作原理和参数选择。试验结果表明。谐振变换器具有易实现软开关、能工作在很高开关频率下，产生的开关损耗小等优点。并且该变换器结构简单，成本低，效率高，电压能从零到最大值平滑控制，具有一定的实用价值。
该变换器电路广泛应用于大功率感应加热逆变器、大功率超声波发生器、高压臭氧发生器等设备上。
本文创新点：将一种新型高速功率半导体器件b-SIT应用于半桥谐振DC-DC变换器电路中，成功实现了半桥零电流谐振DC-DC变换器的功能。对b-SIT和ZCS谐振变换器电路的推广应用提供了一定的实用价值。
参考文献
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