具有无源钳位电路的ZVZCS三电平变换器研究

摘要

环境和能源等问题给电力电子学科提出了高效率发电、高效率电力变换和控制的要求。在这种高效率、高性能电力变换要求下，软开关多电平变换技术成为了目前电力电子学科的一个研究热点。三电平变换器的开关管电压应力仅为直流电源输入电压的一半，结合软开关技术，非常适用于高电压、中大功率的应用场合。针对这一情况，从减小开关损耗、改善IGBT电流拖尾和提高变换器效率的角度出发，本文提出了一种新型的具有无源钳位电路的ZVZCS三电平DC-DC变换器拓扑结构。深入分析了这种新型变换器拓扑的工作原理、参数设计以及控制方案。
　　在分析Buck变换器小信号模型的基础上，根据变换器的工作特点和谐振机理，采用三端开关器件模型法，建立了ZVZCS三电平DC-DC变换器的小信号模型，推导出变换器的传递函数和频率特性，对系统的控制器进行了设计，使其具有良好的动态和稳态性能。
　　使用PSpice软件对三电平变换器的工作情况进行了计算机仿真分析，通过调节仿真参数，电路性能得到优化，证明了所提出三电平变换器拓扑的正确性。
　　为验证设计的可行性，结合DSP数字控制，设计了一台输出功率144W、开关频率60kHz的具有无源钳位电路的ZVZCS三电平DC-DC变换器实验样机。对变换器的主电路，驱动和保护电路进行了设计，采用TMS320F2812芯片构成控制电路。
　　对实验样机进行实验调试，结果证明变换器软开关负载范围较大，开关管电压应力低，整流二极管上电压过冲减小，整机效率较高，达到了设计指标要求，验证了理论分析的正确性。

目录

具有无源钳位电路的ZVZCS三电平变换器研究

RESEARCH ON ZVZCS THREE-LEVEL CONVERTER WITH PASSIVE CLAMP CIRCUIT

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 软开关三电平的研究现状及分析

1.3 变换器控制技术的发展

1.4 本文主要研究内容

第2章 ZVZCS三电平变换器的工作原理

2.1 引言

2.2 基本的ZVZCS三电平直流变换器工作原理

2.3 新型的具有无源钳位电路的ZVZCS 三电平变换器

2.4 变换器相关问题分析

2.5 本章小结

第3章 ZVZCS三电平变换器的建模和分析

3.1 引言

3.2 Buck变换器的小信号模型

3.3 ZVZCS三电平变换器的小信号建模

3.4 系统传递函数及频率特性分析

3.5 三电平变换器闭环小信号等效电路分析

3.6 本章小结

第4章 变换器仿真分析

4.1 电力电子仿真的意义及PSpice仿真软件

4.2 变换器PSpice仿真

4.3 本章小结

第5章 变换器的系统设计

5.1 变换器的系统结构

5.2 主电路参数设计

5.3 控制电路设计

5.4 驱动电路设计

5.5 保护电路设计

5.6 本章小结

第6章 实验调试及结果分析

6.1 变换器实验波形

6.2 变换器性能指标测试

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢