流,果环路的阻抗比较小,产生的环流比较大,不利于电路的工作,容易损坏功率二极管和mos管。如从图中也可以看出,二极管的耐压在耦合电感情况下和独立电感相比不同,在耦合情况下由于电感感应出与原边相同的电压,二极管的耐压为输入直流电压和零,在考虑漏感非理想情况下,存在导通的可能,这样电路的工作模态将
(a)直接耦合方式的仿真波形(b)独立电感的仿真波形图3直接耦合方式和独立电感时仿真波形
发生变化。图中的环流是在电感续流时产生,当开关管关断时,电感进入续流状态,电感电流不发生变化,电压反向,而在另外的电感上同样感应出电压,这个电压将迫使mos管的体二极管导通,形成一条通路。2.2双磁芯四绕组磁集成方案文献[5]中提出了一种双磁芯四绕组磁集成方案,如图4所示,将每个电感绕组平均分绕在两个磁芯上,每个电感的感值为原电感的一半,将其中一个电感绕组同名端相连,另一个电感则异名端相连。假设两个磁芯任何时候参数都相等(理想情况),则在匝数相等的条件下,两个电感可以实现完全解耦,即在一个电感上施加电压,另一个电感上感应的电压值为零。但是,实际上两个磁芯的工作状态不可能保证完全相同,如两个磁芯本身参数(磁导率等)就不可能完全相等,导致一个电感的两半绕组电压不同,在非工作的一路电感上感应有电压,导致存在环流的可能。且磁导率等磁芯参数随着温度等环境条件影响较大,故难以保证非工作电感感应电压为零。图5给出了理想情况和
中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会
可能的实际情况下四绕组磁集成的仿真波形,5图(a)的仿真条件为:输入电压360V/DC,输出电压为115V/AC,电感为两个0.5mH串联,输出滤波电容为2uF,负载为100欧姆。由图5(a)中可以看出该方案理想情况下可以实现两电感解耦工作可以实现无环流。图5(b)的仿真条件为:输入电压360V/DC,输出电压为115V/AC,输出滤波电容为2uF,负载为100欧姆,由于磁芯参数随温度会发生变化,两个电感的感值不可能完全对称,两个电感分别为0.6mH和0.4mH串联。在图5(b)可以看到在两个磁芯的磁导率不等实际情况引起两半电感值不等时不能完全解耦,严重时会产生环流。
(a)理想情况下四绕组集成方案仿真波形(b)考虑实际情况四绕组集成方案的仿真波形图5四绕组集成方案的仿真波形
所以上述双磁芯四绕组方案也存在环流的可能。此外它最终还是需要两个电感,并没有真正的实现电感的集成。2.3一种新的DBI磁集成方案—共用磁芯完全解耦方
图4双磁芯四绕组磁集成方案
案通过上文的分析,要使DBI的两个滤波电感共用一个磁芯,最理想的条件是两个电感完全解耦,即在其中一个绕组上施加一个电压时,在另一个绕组上不会感应出电压。本文采用了一种新的共用磁芯的完全解耦磁集成方案[1],如图6所示。电感L1绕在中柱上,其匝数为N1,电感L2则均分成N21和N22两部分,分别绕在磁芯的两个侧柱上。若在电感L1上施加外电压,如图7(a)所示,则在电感L2中产生的磁通方向如图所示,根据楞次定律,在N21和N22上感应的电压方向相反,若N21=N22,则电感L2上总的电压为零,类似,电感L2在外电压作用下产生的磁通如图7(b)所示,N21和N22在中柱上产生的磁通方向相反。若N21=N22,则在中柱上产生的磁通为零,电感L1感应电压为零。由此可见,不论两个电感L1和L2工作在何种状态下,两者都不会相互影响,两者是完全解耦的。值得注意的是,由图7可以看出,两电感同时工作时,两个电感产生的磁通在某一边柱上相互叠加,可能会导致磁芯局部饱和。不过对于DBI,两个绕组在输出电流的正负半周轮流工作,不存在磁通叠加的问题。因此只要考虑单