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利用谐振正弦阳极电流关断SCR的单端谐振逆变器拓扑

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利用谐振正弦阳极电流关断SCR的单端谐振逆变器拓扑

SCR很容易由一个窄脉冲触发导通,并且电源适配器触发脉冲消失后仍能维持导通。为保证SCR可靠关断,电源适配器必须在阳极电流下降到零并保持一段时间t后,阳阴极间才能重新施加电压,并且电压上升率dVd必须小于规定值。
要使SCR满足上述要求,只需使其阳极电流为正弦波,这也能带来其他一些显著优点。下面将结合图所示的典型单端SCR谐振变换器对SCR基本电路及其优点进行简单闸述。

如图所示,SCR与电感L、电容C串联。SCR被触发前,电容C已经由流经恒流电感L的电流充电,其电压极性为左正右负。SCR被触发后,环路接通,电容C上的电压加到闭合的LC串联谐振电路上。电源适配器电路的电流进入谐振状态,振荡周期为
在半个周期内,阳极正弦电流首先增大至首个负峰值,而后下降到零。由于SCR带有反并联二极管D1,正弦谐振电流在t1时刻过零然后反向流动,并在后半周期内流过Dl。在二极管导通的半周期时间T内,SCR的反向电压被D1钳位在约为IV的水平,相对于不对称SCR能承受的7~10V的最大反向电压,这个电压很安全。
如果Td大于器件的额定参数4,则7结束时,SCR已经自动安全关断,不再需要外围“转换”电路,SCR可以重新安全地承受正向电压。流经SCR及其反并联二极管的正弦半波电流共同为负载电阻R提供能量。
到t2时刻,D1的电流下降为零,Q1和D1都安全关断,流经L的恒流开始重新对C充电,并使其两端电压极性为左正右负。在2到3期间,C所储存的能量为CV2,其中一部分将在Q1下一次导通期间被传送给负载。经过时间t1(触发周期)后,Q1被重新触发,下一个工作周期开始。
负载增大(即R减小)时,前半周期电流的幅值增大,持续时间增长,而后半周期的持续时间7缩短。但是,负载不能增加到使7小于((即SCR的关断时间),否则SCR将不能成功关断。

在输入电压最低和负载最大时,选择触发周期t1为谐振周期t的1。5-2倍,使谐振截止时间(t1-1)不会太长,如图6。8所示。这样,对不同的R输出电压都会是一个低畸变的交流正弦波。在R上并联电容可以减小由时间间隔(41-,)引起的输出电压畸变。电源适配器电压V增大,则正弦波的幅值增大,输出功率也随之增大。为了维持恒定的输出功率或输出电压,要使用反馈环路检测输出电压,如果V或R增大,则减小触发频率(即延长4),以维持输出交流电压峰值恒定,但是畸变会随时间(1-1)的增长而增大。
如果加上输出调节和隔离,该电路就会更适用于DC/DC变换器,如图6。9所示。R。由功率变压器的初级代替,次级带整流二极管和滤波电容。电源适配器电压或负载变化时可通过改变开关频率,即触发频率f来实现调节。

当电源适配器电压升高或负载电阻增大时,正弦峰值也随之增大,如图所示,但其半周期宽度大致恒定为  。当电源适配器电压或负载改变时,电压误差放大器检测由整流得到的直流输出电压,并调节开关频率以维持输出恒定。当电源适配器电压升高或负载电流减小使输出电压升高时,则降低开关频率,以减少单位时间内输入的能量。同样地,输出电压偏低也可通过提高开关频率来纠正。这种通过改变开关频率来调节输出电压的方法常用于输出电流或电压脉宽恒定的谐振型电源适配器中;在非谐振型拓扑中,工作频率恒定,输出直流电压的调节是通过改变脉宽来实现的。
在恒频电路中,电源适配器的开关频率通常与显示终端的水平扫描频率或系统时钟同步,因此能轻易兼容任何来自显示屏的RF噪声,减小由于噪声干扰而产生计算机逻辑错误的可能性。而频率可变的谐振型调压电路由于不具备上述优点,在许多场合中并不适用。假如存在RF噪声,对变频开关电源适配器来说将是一个严重缺点。但是它实际上不大可能存在,因为谐振变换器的正弦电流相对于频率固定、脉宽可调的变换器方波电流,具有更低的di/dt,因而产生的RF噪声极小。

可控硅电源适配器利用谐振产生正弦电流,在电流过零时将SCR可靠关断,这是另一个显著的优点。可知,若电流为方波,则开关器件的损耗大部分是在关断时由电流下降和电压上升的交叠产生的。但对正弦电流而言,开关器件在零电压状态下关断,损耗几乎为零。导通时由于电压下降相对较慢,损耗较大。但如果正弦半波周期宽度T√DC大于8s,那么这些损耗也不会太大,如图所示。
如图所示的DC/DC变换器在输出功率为1kW时,仅需要一个有效额定值为800V45A的SCR,而且次级无需输出电感;因为SCR及其反并联二极管的电流波形(如图6。8所示)都是恒流脉冲,其幅值约等于施加于串联元件LC士的电压除以系数√LC。这些电流折算到次级也是恒幅电流脉冲。该电流脉冲流经输出电阻,产生相似的电压波形,再经过简单电容滤波后得到恒定的低纹波直流电压。因为无需输出电感,该电路可以用在高压电源适配器上。


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| 发布时间:2019.01.22    来源:电源适配器厂家
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