改进型零电压零电流软开关高频变换器研究

摘要

随着科技的进步和电力行业的发展,开关电源已广泛用于电力、航天、通信、等,成为十分活跃的热门领域。高性能、高效率成为开关电源追求的目标。但常规变换器的功率开关管工作在硬开关方式,开关频率不高,开关电源的效率较低。这严重地制约了开关电源向着小型化、模块化的方向发展。而PWM软开关技术的提出使变换器高频高效率地运行成为了可能。特别是近年来提出的移相全桥脉宽调制软开关变换器受到广泛的关注。目前,国内外对变换器的研究主要关注在软开关领域,零电流软开关已成为研究的热点。零电流软开关的实现方法主要是通过在原边或副边引入辅助电路。但是由于辅助电路的引入而新的问题,采用有源或有损器件,降低了系统的总体效率。而采用电感和变压器作为辅助电路的变换器,又使变换器变得更复杂,且不可避免的增加了磁芯损耗。采用吸收电路虽然没有增加额外的损耗,但另一方面却使变压器二次侧整流二极管承受的电压增加。对此,论文对零电压零电流型软开关变换器的拓扑结构进行了综合分析和改进研究。基于对FB-ZVS-PWM和FB-ZVZCS-PWM变换器原理的分析,提出了一种辅助电路由一个电容和两个二极管组成的新拓扑结构。文章给出了电路的工作原理和各个过程等效电路的分析。分析了电路的零电压范围、零电流范围以及副边的换流过程和二次侧二极管的电压应力,并将其与其它拓扑结构进行了对比分析。分析结果表明本拓扑结构具有采用器件少、软开关容易实现并且不会增加变压器副边电压应力等优点。详细分析该改进型全桥变换器的工作原理以及实现软开关的条件,给出了主电路拓扑结构及相关参数选取。然后,应用状态空间平均法,结合移相控制技术和软开关谐振电路的工作特点,建立全桥零电压零电流PWM DC/DC变换器的小信号模型。通过仿真模型的搭建,实现了变换器的100KHZ的开关频率,并且变换器的输出稳定电压为48V,满足通信设备供电电压要求。通过最后的仿真结果验证了本文分析和设计的正确性。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 概述

1.2 软开关技术的发展

1.2.1 常见的软开关技术

1.2.2 软开关全桥变换器

1.3 论文的研究意义

1.4 论文的主要工作

2 全桥变换器软开关实现方法

2.1 全桥变换器的控制方式

2.2 全桥移相零电压开关变换器

2.2.1 全桥零电压开关变换器工作原理

2.2.2 移相全桥零电压开关变换器的改进研究

2.3 移相全桥零电压零电流软开关变换器

2.3.1 移相全桥零电压零电流软开关变换器工作原理

2.3.2 零电流开关的实现方法

2.3.3 其它改进和优化设计方法

2.4 本章小结

3 改进全桥零电压零电流PWM 变换器

3.1 引言

3.2 改进的变换器及其工作原理

3.3 软开关实现参数设计

3.4 零电压零电流软开关变换器性能分析

3.4.1 拓扑结构

3.4.2 软开关的实现

3.4.3 占空比增加效果

3.4.4 整流二极管换流

3.4.5 副边整流二极管的电压应力

3.5 本章小结

4 全桥零电压零电流PWM 变换器小信号模型

4.1 引言

4.2 变换器的小信号建模推导

4.3 本章小结

5 全桥零电压零电流PWM 变换器仿真设计

5.1 引言

5.2 仿真软件的选择与介绍

5.3 仿真电路方案设计

5.3.1 UC3875 芯片应用

5.3.2 电压反馈环节设计

5.3.3 变换器开环仿真

5.3.4 变换器闭环仿真

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献