具有辅助网络的ZVS交错并联正激升压变换器研究

摘要

本文针对传统正激式变换器拓扑结构存在的软开关不易实现、功率管端电压有振荡和过冲等典型缺陷进行了理论分析，在此基础上研究了改进措施，以提升其整体性能。
　　本文提出的具有辅助网络的ZVS交错并联正激升压变换器，采用三绕组变压器，在变压器一次侧采用交错并联结构以减小输出电压纹波，并提高电能传输的效率；加入带有LC辅助支路的有源钳位网络，以提供充足的能量辅助主功率管实现ZVS软开关，同时吸收变压器的端电压尖峰，降低主功率管的电压应力；变压器二次侧采用改进型倍流整流电路，提高电路的对称性，降低滤波电感的体积；输出侧中心抽头滤波电感能够有效辅助整流二极管实现自然换流从而消除反向恢复所引起的电压尖峰。
　　对改进型正激升压电路的工作模态进行了详细分析，并在此基础上进一步探讨了为实现软开关，电容、电感、相关模态持续时间等需要满足的必要条件。对系统进行适当的变换后得到了等效的简化模型，分析此模型开关状态后进一步建立了离散时间映射模型，采用迭代算法，利用MATLAB工具仿真，进行混沌分析，观察分岔图中混沌现象产生的临界点以指导稳定系统的参数选择。
　　改进型变换器的控制电路以TMS320F2812DSP芯片为控制核心，完成PWM驱动信号发生、系统PI闭环控制以及功率保护等关键功能。本文详细论述了与此相匹配的驱动电路、保护电路、闭环控制电路的硬件设计方案以及软件设计思想和流程图。
　　运用PSpice仿真软件对主电路仿真分析，初步验证理论分析以及参数设计的合理性。最终制作了一台48V/5A的实验样机并进行调试，测取了主要电量的波形以及关键技术指标。实验结果表明，改进型变换器能够实现较为理想的ZVS软开关，变压器端电压振荡与过冲都得到了有效的抑制；副边电路整流二极管能够实现自然换流，消除了电压尖峰；变换器实测各项性能指标均与设计预期相符。这验证了具有辅助网络的ZVS交错并联正激升压变换器达到了其改进的目标，整体性能得到了提升。

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第1章 绪论

1.1课题来源及背景

1.2课题研究目的与意义

1.3正激变换器国内外研究现状

1.4课题主要研究内容

第2章 改进型正激升压变换器工作原理分析

2.1引言

2.2改进型正激升压变换器拓扑结构的确定

2.3改进型变换器工作模态分析

2.4主功率开关管软开关实现条件分析

2.5改进型正激变换器改进措施分析

2.6本章小结

第3章 改进型正激变换器主电路设计

3.1引言

3.2改进型变换器系统整体结构设计

3.3改进型变换器主电路设计

3.4本章小结

第4章 改进型正激变换器控制系统设计

4.1引言

4.2控制电路硬件设计

4.3软件设计与闭环控制

4.4本章小结

第5章 改进型正激变换器混沌分析与仿真

5.1引言

5.2分岔理论与混沌分析方法

5.3改进型变换器的离散时间映射模型的建立

5.4基于分岔图的改进型变换器的混沌分析与仿真

5.5本章小结

第6章 仿真分析与实验验证

6.1引言

6.2改进型正激变换器的PSpice仿真分析

6.3改进型正激变换器的实测波形分析

6.4改进型正激变换器性能指标测试

6.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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