Page 44 - 电力与能源2024年第五期
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576 吴 立,等:双脉冲测试参数设计与四开关 Buck-Boost DC-DC 变换器效率评估
振荡结束的整个过程。这是对 τ 2 时长下限的要 为了避免关断电流过大,要求 I L (t 3 )小于等于
求,一般要求 τ 2 只要大于 1~2 μs 即可。另外,在 I set 的 1.5 倍,即:
脉冲间隔内, I L 应按照式(5)缓慢下降,其中 U F 是 ( τ 1 + τ 3 )U set /L ≤ 1. 5I set (8)
陪测开关管 Q H 体二极管的导通压降。 2.3 母线电容
dI L ( t ) U F [ I L ( t ) ]+ I L ( t ) R es( L ) (5) 测试期间,需保持母线电压 U Bus 恒等于 U set
dt = L 不变。由于第一脉冲期间直流电源响应速度较
但需注意,如果 I L 下降幅度过大,与 I set 相差 慢, I L 由 C Bus 提供,导致 U Bus 会有一定程度的下降。
太大,则无法达到测试目的,也就无法满足 Q L 在
为了避免 U Bus 下降过多, C Bus 需要满足式(2)所示
t 2 时刻开通的要求。这是对 τ 2 时长上限的要求。
要 求 ,其 中 K v 为 允 许 电 压 下 降 的 比 例 ,一 般 取
该值与 τ 1 设计过程相似,具体值需要根据测试对
0.5%~2.0%。
象和电压、电流目标值进行设计。 2
LI set (9)
对于第二脉冲脉宽 τ 3,在 t 2 时刻 Q L 开通,在此 C Bus ≥ 2
2K vU set
过程中需要关注 Q L 的 U GS 从开始上升到 I DS 振荡 由式(9)可知,负载电感的电感值 L 越大所需
结束的整个过程。这是对 τ 3 时长下限的要求,一 的母线电容的电容值 C Bus 也越大。然而, C Bus 过大
般 τ 3 时长只要大于 1~2 μs 即可。另外,在第二脉 会导致母线电容充放电时间延长,且在测试电路
冲期间, I L 按照式(3)上升,在 t 3 时刻达到 I L (t 3 )。 发生故障时可能产生的后果也更严重,故倾向选
当 I L (t 2 )与 I set 相差不大时,I L (t 3 )为 择更小的负载电感,以降低对 C Bus 的要求。
I L ( t 3 )=( τ 1 + τ 3 )U set /L (6) 2.4 参数设定的方法
过高的 I L (t 3 )会导致关断电压尖峰过高,当超 根据上述研究,脉宽时间、负载电感与母线
过器件耐压时会导致器件损坏,或者不符合开关 电容之间是互相影响、互相制约的。例如,为了
管实际应用的环境,这是对 τ 3 上限的要求。为此, 缩短 τ 1、减小 C Bus,选择的 L 应越小越好,但为了
可以要求 τ 3 小于 τ 1 的 0.1~0.2 倍,即 I L (t 3 )小于 I set 确保 I L (t 2 )贴近 I set,要求 L 不能过小。故在设计双
的 1.5 倍,并且越短越好。 脉冲测试参数时,需要通过仔细计算才能确定各
2.2 负载电感 个参数的取值范围。
负载电感的主要限制为:在变换器中,负载电
以下是一种确定这 3 种参数的方法。
感需要足够大,远远大于主功率换流回路电感,以
第一步,设定 τ 1,τ 2,τ 3 的最小值,分别为 τ 1,min,
确保在开关过程中 I L 基本恒定,换流的高频电流
τ
τ 2,min, 3,min,它们需满足下式条件:
通过主功率换流回路获得。在双脉冲测试中,负
τ 1,min ≥ 2τ 3,min (10)
载电感也需要远远大于主功率换流回路的电感,
第二步,预设 τ 1 备选取值范围 τ 1,min~τ 1,max,通
一般取值在几十微毫到几百微毫之间。
过下式计算出对应的电感取值范围:
第 一 脉 宽 τ 1 由 式(4)确 定 ,当 U set 和 I set 确 定
ττ1,minU set τ 1,maxU set
L τ1,min = ≤ L ≤ = L τ1,max (11)
时,L 越大则 τ 1 越大,L 越小则 τ 1 越小,L 的取值要 I set I set
满足 τ 1 的上下限要求。 根据 L 的范围计算确定电感等效串联电阻
在 t 2 时刻,开通电流 I L (t 2 ),其中 I L (t 1 )=I set, R es( L ) 的范围为 R es( L ),min ~R es( L ),max 。
脉冲间隔 I L 按照式(5)缓慢下降。双脉冲测试要 第三步,预设 τ 2 取值,将 R es( L ),min ~R es( L ),max 代
求 I L (t 2 )与 I set 相差不大,则在此前提下可由式(7) 入下式得到 L 的取值范围 L τ2,min ~L τ2,max。
计算负载电感最小值 L min,其中 K i 为电流下降率, U F ( I set )+ I set R es( L )
L = τ 2 (12)
一般取 0.5%~2.0%。 K i I set
第 四 步 ,根 据 L τ1,min ~L τ1,max、 L τ2,min ~L τ2,max 与
U F ( I set )+ I set R es( L )
L ≥ τ 2 (7)
K i I set R es( L ),min ~R es( L ),max 的对应关系确定 L 的取值范围,