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三电平boost笔记

宽输入电压范围下三电平Boost变换器研究

1:boost电感计算(两电平)

本文是个人的学习记录,多学原视频大佬的分析:

  • BOOST——设输入电压为12~36V,输出电压为60V,最大负载电流为2A,开关频率为100kHz。(有谐波补偿),纹波率0.4
1 最小输入电压为12V,故以此设计电感
2 Vout=Vin1D。可知,D=0.8 80%
3 开关周期为1T可得,周期10μs
4 开关管导通时间为8μs
5 电压秒平衡Vin×ton=12V×8μs=96Vμs
6 根据r=VtL×IavgIavg=Io1D可得 “r是纹波率 Iavg平均电流 ” 可得“r=0.4=12V×8μsL×104=96VμsLL=24μH
7 最大电流为10A+4A =14A
8 确定电感 14A 24μH

2:三电平工作原理

图1

工作模式的区别:根据占空比大小而有区别。

Don50 M2M4M3M4
Don50 M1M2M1M3

图2

控制原理:控制占空比为三角波

在CCM下,电压增益均为VoutVin=11D,可以当成一个普通的boost,但是电感可以比较小

3:电感的计算

变换器电感电流断续,即电感较小负载电阻化较大或开关周期较大时,电感DCM。因此,为保证作于CCM,需要展开分析Don50Don50两种情况的电感电流临界状态进行分析

1 条件Don50,若变换器工作于临界导电状态,则电感电流平均值等于电感电流增长量的一半,即Iavg=Iid2结果式子为:
τ=(1D)(12D)D4
L=Vout2(1D)(12D)D4Pf
这个时间常数τ其实就是,固定周期下,电感与负载的一个比值,作为DCM和CCM的切换
2 Don50时也一样
τ=(1D)2(2D1)4
L=Vout2(1D)2(2D1)4Pf

临界电感L由输出电压、输出功率、开关频率和占空比共同决定,在变换器设计之初就应该将输出电压和开关频率确定。。开关频率的提升,可减小电感的体积。

4:电感的计算与验算

第一步:输出电压为1800V,开关频率8KHz,
第二步:输出功率10Kw时,负载约为324Ω
第三步:输入电压为1420V,占空比为0.211
$L=\frac{1800^{2}\left ( 1-0.211 \right )^{} \left (1-20.211 \right ) 0.211}{410^4*8Khz} $
临界电感最大为0.927mH(0.974mH)

5:实际项目

20KW直流充电机项目

第一步:输出电压为1000V,开关频率20KHz,
第二步:输出功率20Kw时,负载约为50Ω
第三步:最低输入电压为400V,占空比为0.6
$L=\frac{1000^{2}\left ( 1-0.4 \right )^{} \left (1-20.4 \right ) 0.4}{4210^420Khz} $
临界电感最大为0.03mH(0.03mH)

要小于临界电阻,原因如下。

电感上的能量E=12LI2

而”I=UtL

带入即可:

E正比于U2L可知L越小储存的能量越多