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高频ups不间断电源引入了一种新的 AC-DC 转换器拓扑

2024-07-17

　　引入了一种新的 AC-DC 转换器拓扑，该拓扑将非对称 DC-DC 转换器与半桥 PFC 整流器相结合，形成单级 AC-DC 转换器。电路中未使用前端二极管整流器。使用建议的转换器，仅用四个有源开关即可实现电流隔离和高效率，从而大大减小了电路的体积。单级转换器的其他特性包括输入和输出电流的连续传导、ZVS 条件和出色的输入功率因数。

　　AC-DC 转换器在正负周期中的操作是对称的。因此，在讨论中只考虑正周期。占空比 D 控制开关 S 2和 S 3.而占空比 (1-D) 控制开关 S 1和 S 4.图 3显示了 AC-DC 转换器的波形和操作模式。

　　能量 10 00418 g003 550图 3. 单级 AC-DC 转换器：( a ) 工作波形;( b ) 一个开关周期T S内的工作模式。

　　2.2.1. 模式 1

　　在此模式下，开关 S 2和 S 3在 ZVS 条件下导通。升压电感L in通过开关 S 2和 S 3由输入交流线电压V in充电。电感电流由以下公式表示：

　　Δ𝑖藝術本身​=1𝐿𝑖 𝑛(𝑉𝑖 𝑛+𝑉𝑑) 𝐷𝑇𝑠

　　直流母线电容 C d通过 S 3给阻断电容 C b充电，高频变压器的次级侧由磁化电感L m中存储的能量供电。磁化电感电流i Lm在初始条件下表示为𝑖𝐿 𝑚( 0 )

　　根据公式(2)：

　　𝑖𝐿 𝑚( 𝑡 ) =𝑖𝐿 𝑚( 0 ) +(𝑉𝑑−𝑉𝑏) 𝐷𝑇𝑠𝐿𝑚

　　次级电压为𝑉1​​​= −𝑁𝑠𝑁𝑝𝑉𝑝= −𝑁𝑠𝑁𝑝(𝑉𝑑−𝑉𝑏)，𝑉2​​​=𝑁𝑠𝑁𝑝(𝑉𝑑−𝑉𝑏)

　　流过二极管D1的电流与输出滤波器电感电流相同，计算公式为：

　　𝑖𝐷 1=𝑖𝐿 𝑜(最大) =𝑖𝐿 𝑜( 0 ) +1𝐿𝑜(𝑁(𝑉𝑑−𝑉𝑏) −𝑉藝術本身​) 𝐷𝑇𝑠

　　2.2.2. 模式 2

　　在此模式下，开关 S 2和 S 3均关闭。寄生电容 C S2充电，C S1放电，电感电流i Lin也同样，电容 C S3充电，电容 C S4放电，变压器初级电流i P 也同样。

　　开关 S 1和 S 4两端的电压降至零，而开关 S 2和 S 3两端的电压升至V d。在次级侧，输出滤波器电感电流通过二极管 D 1和 D 2续流。

　　2.2.3. 模式 3

　　在模式 3 中，直流链路薄膜电容器 C d通过从升压电感器获取能量开始充电，因此i Lin开始下降。当 S 1两端的电压降至 0 时，体二极管 D S1导通。同样，阻断电容器通过体二极管 D S4由磁化电感L m供电。因此，i Lm将在高频变压器次级绕组中感应出磁通，并将功率馈送到输出电容器 C r。

　　2.2.4. 模式 4

　　在模式 4 启动时，开关 S 1和 S 4均在 ZVS 条件后导通。直流链路电容器 C d由升压电感器L in释放的存储能量充电。电感器电流由以下公式给出：

　　Δ𝑖藝術本身​=1𝐿𝑖 𝑛(𝑉𝑖 𝑛−𝑉𝑑)(1 − 𝐷 )𝑇𝑠

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