采用倍流整流电路的零电压三电平变换器研究

摘要

为了减少电源设备对交流电网的电流谐波污染，通常的做法是采用Boost功率因数校正技术，而这会使得后继的直流母线电压升高。三电平零电压变换器，其所有开关管电压应力仅为输入电压的一半，并且可以实现零电压开关，因此非常适用于高输入电压，中、大功率的应用场合。在这种背景下，本文对全桥零电压三电平变换器进行了研究。
　　由于典型的全桥零电压三电平变换器存在滞后桥臂零电压负载范围窄、变压器副边电压过冲严重及占空比丢失等缺点，本文提出了一种改进的全桥零电压三电平变换器拓扑。在这个拓扑中，增加了一个由耦合电感和电容组成的辅助网络，以拓宽变换器的零电压负载范围；在变压器的副边输出端，采用倍流整流电路，利用倍流整流电路自身的特点，实现输出整流二极管的自然换流，解决副边电压过冲及占空比丢失的问题。本文详细分析了改进的全桥零电压三电平变换器的工作模态、零电压及整流二极管自然换流条件，并进行了基于PSpice软件的仿真。仿真结果初步验证了所提出的改进拓扑的正确性。
　　状态空间平均法是开关电源建模分析中最常用的方法之一，但存在精度不高的缺点。为此，本文考虑了寄生参数的影响，建立了考虑寄生参数的状态空间平均模型，并在此模型的基础上，进行了变换器系统校正环节的设计。通过后期的电路实验验证，考虑寄生参数的状态空间平均模型体现出更高的精确度，更能反映系统真实的工作状态。
　　为了进一步验证改进拓扑的性能，设计了一台24V/4A，50kHz的实验样机，包括主电路、辅助电路以及基于TMS320F2812DSP的数字控制电路。实验结果表明此变换器具有零电压负载范围宽、变压器副边基本没有电压过冲和占空比丢失现象、整机效率较高等优点，证明了理论分析的正确性及电路拓扑的可行性，且变换器实验样机的各项性能指标良好，达到设计要求。

目录

采用倍流整流电路的零电压三电平变换器研究

RESEARCH ON ZVS THREE-LEVEL DC-DC CONVERTER USING CURRENT-DOUBLER-RECTIFIER

摘要

Abstract

绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 高频软开关技术的发展与现状

1.3 三电平变换器的国内外研究状况

1.4 主要研究内容

全桥零电压三电平变换器的原理

2.1 引言

2.2 全桥零电压三电平变换器工作原理

2.3 改进的全桥零电压三电平变换器

2.4 本章小结

第3章 全桥零电压三电平变换器系统设计

3.1 变换器系统的整体框图

3.2 辅助电路的设计

3.3 主电路的设计

3.4 控制电路的设计

3.5 本章小结

第4章 全桥零电压三电平变换器的建模

4.1 引言

4.2 考虑寄生参数的状态平均模型的建立

4.3 调节器的设计

4.4 本章小结

第5章 仿真与实验结果

5.1 变换器的PSpice仿真分析

5.2 变换器的实验验证

5.3 变换器的性能指标测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢