1.改进型E类高频逆变电路参数的设计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,确定LS和CS的参数
串联谐振电路阻抗XS由式(1)表示为:式(1)中,j表示虚数单位,ω表示角频率,LS表示并联在开关S两侧的串联谐振电路中的谐振电感,CS表示并联在开关S两侧的串联谐振电路中的谐振电容,vds(t)表示开关S漏‑源极的时变电压,将开关S漏‑源极间电压波形近似为方波,vds(t)波形占空比为50%,平均电压等于输入直流电压Vin,并且在0到2Vin之间振荡,Vds为开关S漏‑源极的时变电压vds(t)的基波有效值,Vds可由式(2)表示为:XS充当一个无功功率分压器,将输出功率传递到负载Rload,为了简化分析,假设所有的交流电能以基波形式传递给负载,根据给定的输出功率Pout,可以计算出负载Rload上电压的基波有效值Vload为:
负载上的电压的基波有效值Vload也可表示为:由式(3)和式(5)可以计算出期望的XS为:根据期望的XS和频率可以最终确定LS和CS的参数,通常CS的作用是提供直流阻断,与LS和Rload的串联回路相比,通常阻抗值很低,如果CS选取的过大,会对逆变器的瞬态响应产生不利影响,通常XS选取为感性,CS选取1‑4nF,假设已经选取CS的值,可以计算出LS为:步骤2,确定CF、LF、LMR和CMR参数ZMR为低阶集总网络的输出阻抗,对漏‑源极间电压的波形形状起主要作用,为了消除开关S关断时的二次谐波电压,需使ZMR的阻抗值在二次谐波处为零,而在基波和三次谐波频率时ZMR的阻抗值达到最大值,CF为低阶集总网络中的并联电容,CF的取值要在允许的谐振损耗和传递到负载RLOAD的功率之间进行权衡,为了使流过逆变电路的谐振回路电流最小,选取CF的值小于开关管的输出结电容COSS,剩余的电容可以充当E类逆变器的并联电容CP的一部分,假设已经选取CF的值,利用CF调整ZMR在基波和三次谐波频率处的极点和二次谐波频率处的零点,
低阶集总网络ZMR的输入阻抗传递函数为:式中,s为复频域运算单位,LF为E类逆变电路的扼流电感,CF为低阶集总网络中的并联电容,LMR为串联谐振电感,CMR为串联谐振电容,将s=jω带入式(7)可得:于是可得ZMR幅值为:
引入变量ωFF、ωMM和ωFM,可将式(9)改写为:式中,ωFF、ωMM和ωFM表示为:设ωMM=2ωs=4πfs,其中fs为逆变电路的开关频率,由上述分析可知,式(9)在ω2=4πfs时存在零点,在ω1=2πfs和ω3=6πfs时存在极点,即满足下式(12)和式(13):2
1‑ω2LMRCMR=0 (12)
4 2
ω1,3LFCFLMRCMR‑ω1,3(LMRCMR+LFCF+LFCMR)+1=0 (13)因为LMR和CMR在二次谐波频率时产生谐振,故式(12)满足,求解式(13)可以得到下式:引入变量α、β,可将式(14)改写为:式中,α、β表示为:
联合式(15)和式(16)可得:最终求得:
联立式(18)、式(16)、式(13)和式(12)可得:将式(19)带入式(10)中可得低阶集总网络ZMR中各个参数的计算公式为:式中,fs为逆变电路的开关频率,LF为E类逆变电路的扼流电感,CF为低阶集总网络中的并联电容,LMR为串联谐振电感,CMR为串联谐振电容,根据式(20)可以计算出LF,但是仍然需要额外的调整,通过调整LF,最终可以同时获得开关器件的零电压开通ZVS操作和ZDS操作;
步骤3,确定CP参数及Zds的参数优化Zds为开关S关断时开关S漏‑源极间的总阻抗值,ZL为E类逆变电路中负载网络的阻抗值,为了实现Zds在三次谐波处的特性,需要额外增加并联电容CP,如果电抗XS设计为感性,则在高频时阻抗ZL中CP起主导作用,在低频 时阻抗ZL为容性,接近基频时阻抗ZL为感性,在基频和三次谐波频率之间时,阻抗ZL再次变为容性,如果增加CP的值,则会降低ZL在三次谐波频率时的阻抗值。