二次侧移相控制软开关PWM DC/DC全桥变换器的研究

摘要

电力电子技术突飞猛进的发展，被视为人类社会的第二次电子革命。开关电源涉及电力电子、智能化IC、新电路技术等诸多技术领域，其中，软开关电力电子变换技术是近年来的一个热门课题。对于软开关技术的发展过程论文进行了详细阐述，并对硬开关功率电路的缺点进行说明，进而提出了用软开关来代替硬开关的发展方向。
　　移相PWM全桥变换器由于采用移相控制，控制简单，所以得到了广泛的应用。随着软开关技术的发展，移相PWM全桥变换器的开关管实现了“软化”，从而降低了开关损耗以及电流电压的应力。移相控制软开关ZVS DC/DC全桥变换器是变换器的一个研究热点，但是诸如高性能、高效率、低噪声、低污染等理论问题急需研究。
　　本文基于移相控制ZVS PWM DC/DC变换器的电路结构、控制原理及开关变换模式的分析，说明其拓扑结构存在的不足，包括轻载时滞后桥臂难以实现ZVS软开关，因而造成输出电压调节范围为较小;另外在移相过程中，一次侧绕组中及器件中存在较大的环流，这就增大了环流损耗，降低变换器效率。
　　针对上述不足，本文在传统的一次侧移相控制软开关ZVS PWM DC/C变换器拓扑结构的基础上，在变压器二次侧添加两个有源可控开关管，实现了变压器二次侧可控，提出了一种新型二次侧移相控制软开关PWM DC/DC全桥变换器，新型变换器中变压器的一次侧开关管可以实现零电压开通和关断，变压器二次侧开关管可实现零电流开通和关断，且在空载至满载范围内，以上软开关动作均可保证实现，与传统移相控制ZVS PWMDC/DC变换器相比较，本文中所提出的新型二次侧移相控制软开关PWM DC/DC全桥变换器不仅具有较宽的输出电压调节范围，同时也有效地减小了移相过程中变压器一次侧绕组及器件中的环流，进而减小了工作中产生的环流损耗。
　　本文对变换器电路的结构设计、工作原理作了详细介绍，仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究意义

1．2 直流变换器的分类

1．3 软开关技术的提出

1．3．1 硬开关的工作特性

1．3．2 软开关的工作特性

1．3．4 软开关的发展概况

1．3．4 软开关技术的分类

1．4 全桥DC／DC变换器

1．4．1 全桥DC／DC变换器的提出

1．4．2 全桥DC／DC变换器的工作原理

1．4．3 全桥DC／DC变换器的控制方式

1．5 论文主要工作

第2章 移相控制ZVS PWM DC／DC全桥变换器

2．1 传统控制方式下全桥变换器分析

2．2 变换器的PWM控制策略

2．3 移相控制ZVS PWM DC／DC变换器

2．3．1 基本工作原理

2．3．2 超前臂与滞后臂ZVS实现的分析

2．3．3 二次侧占空比丢失分析

2．3．4 环流损耗分析

2．3．5 变换器优缺点分析

2．4 改进措施

2．5 本章小结

第3章 二次侧移相控制软开关PWM DC／DC全桥变换器

3．1 回路拓扑

3．2 控制策略

3．3 变换器基本工作原理

3．4 变换器相关问题分析

3．4．1 模式4的进一步说明

3．4．2 触发脉冲死区时间的确定

3．4．3 二次侧占空比的丢失

3．4．4 输出电压特性

3．4．5 一次侧励磁电流的分析

3．4．6 一次侧开关管ZVS的实现

3．4．7 二次侧开关管ZCS的实现

3．4．8 整流二极管的自然导通

3．4．9 环流损耗分析

3．5 变换器器件参数设计

3．5．1 高频变压器的设计

3．5．2 有源开关管的选择

3．5．3 一次侧并联谐振电容的选择

3．5．3 一次侧反并联二极管的选择

3．5．5 输出整流二极管的选择

3．5．6 输出滤波网络的设计

3．6 本章小结

第4章 仿真实验分析

4．1 Saber仿真平台介绍

4．2 仿真模型

4．2．1 仿真器件参数

4．2．2 开关驱动信号波形

4．3 稳态工作模式验证

4．4 软开关的实现

4．4．1 一次侧开关管的软开关

4．4．2 二次侧开关管的软开关

4．4．3 二次侧整流二极管的自然导通

4．5 改进点的验证

4．5．1 励磁电流与负载的关系

4．5．2 环流损耗的减小

4．6 输出特性分析

4．6．1 输出电压

4．6．2 变换效率

4．7 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文