Boost型功率变流器有源软开关拓扑技术研究

摘要

软开关技术是电力电子技术中的一个重要研究方向，它能有效解决开关管的开关损耗和开关噪声问题，使电路的开关频率可以大大提高，与此同时，又能有效降低电路的EMI。随着变流器功率、频率的不断提升，其地位日益凸现。 本文重点研究了Boost型功率变流器有源软开关电路的相关拓扑结构，在此基础上，提出了各种Boost型功率变流器有源软开关电路的简化拓扑结构。 为解决交错并联Boost电路中的硬开关问题，本文提出了一种带耦合电感的交错并联Boost有源软开关电路，通过增加两个辅助换流单元，利用耦合电感的漏感作为缓冲电感，实现了主开关管的软开关，同时解决了二极管的反向恢复问题，并且在整个开关周期中，辅助开关管始终工作在零电压开关状态。由于在该软开关电路中利用了耦合电感作为缓冲电感，从而无需传统有源软开关电路中的缓冲电感，进而简化了软开关电路。在理论分析的基础上，研制了一台1.2kw实验样机。实验结果验证了理论分析的正确性，变流器具有较高的效率。 从简化软开关网络中的有源辅助开关的思路出发，本文提出了一种带耦合电感的有源交错并联Boost ZCS电路。利用该交错并联Boost电路的工作特点，仅使用了一个有源辅助开关管，实现了主开关管的零电流开通和零电流关断，解决了续流二极管的反向恢复问题，辅助开关管也同样是零电流开通和零电流关断。但是该软开关电路需要附加额外的谐振电感，另外主开关管也需要承受一定的额外电压应力。 针对三电平Boost PFC电路，本文提出了一个有源软开关基本单元，并将该基本单元运用于三电平Boost PFC电路中。首先结合两电平Boost电路中的扩展周期准谐振电路，提出了一种简化型的三电平Boost PFC扩展周期准谐振软开关电路，并给出了仿真验证。在该软开关电路中，仅使用了一个有源辅助开关管，实现了所有功率器件的软开关。针对传统的三电平Boost PFC ZVT有源软开关电路，利用本章所提出的有源软开关基本单元，从而得到了一种简化型的三电平Boost PFC ZVT软开关电路。在该软开关电路中，同样仅使用了一个有源辅助开关管实现了所有主开关管的零电压开通和零电压关断，而其代价是增加了两个辅助二极管。在该软开关电路中，辅助开关管实现了零电流开通，但辅助开关管的关断仍是处于硬开关状态。为解决辅助开关管关断硬开关的问题，本文在此基础上，提出了一种改进型三电平Boost PFC ZVT软开关电路。该软开关电路改善了辅助开关管的关断，同时义实现了主开关管和续流二极管的零电压开关。实验结果表明，所有主开关管和续流二极管实现了零电压开关，其开关特性仍保持三电平的特点，变流器具有较高的效率。 以无输入整流桥Boost PFC电路为研究对象，本文提出了一种无输入整流桥BoostPFC ZVT软开关电路，同样仅使用了一个有源辅助开关管实现了主开关管的零电压开通和零电压关断，并且辅助开关管实现了零电流开通，其关断特性也得到改善。实验结果验证了该软开关电路的有效性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2硬开关Boost电路及其相关拓扑

1.3软开关技术

1.4软开关Boost电路综述

1.4.1 无源软开关拓扑

1.4.2 有源软开关电路

1.5本文的选题意义及主要研究内容

1.5.1 本文的选题意义

1.5.2 本文的主要研究内容

第2章有源交错并联Boost软开关电路

2.1 引言

2.2电路拓扑

2.3电路工作原理

2.3.1 符号定义

2.3.2 工作过程分析

2.4软开关电路设计

2.4.1 占空比的确定

2.4.2 储能电感的设计

2.4.3 辅助开关管脉宽的确定

2.4.4 耦合电感耦合系数K的确定及其占空比损失

2.4.5 关断吸收电容的选择

2.4.6 辅助开关管的选择

2.4.7 控制电路的设计

2.5变流器特性

2.6仿真与实验验证

2.7本章小结

第3章有源交错并联Boost ZCS软开关电路

3.1 引言

3.2电路拓扑

3.3电路工作原理

3.3.1 符号定义

3.3.2 工作过程分析

3.4软开关电路的分析及其设计

3.4.1 占空比分析

3.4.2 谐振参数的确定

3.4.3 电压应力分析

3.4.4 辅助开关管脉宽的确定

3.4.5 耦合电感耦合系数K的确定

3.4.6 控制电路的设计

3.5变流器特性

3.6实验验证

3.7本章小结

第4章有源三电平Boost软开关电路

4.1引言

4.2软开关基本单元

4.3三电平Boost PFC扩展周期准谐振软开关电路

4.3.1 三电平Boost PFC扩展周期准谐振软开关工作原理分析

4.3.2 三电平Boost PFC扩展周期准谐振软开关电路仿真研究

4.4 ZVT三电平PFC软开关电路

4.4.1 电路工作原理

4.5改进型三电平Boost PFC有源ZVT软开关电路

4.6三电平PFC ZVT软开关电路的分析及其设计

4.6.1 谐振电感的取值

4.6.2 吸收电容的选择

4.6.3 谐振电容的选择

4.6.4 辅助开关管脉宽的确定

4.6.5 控制电路分析

4.7实验验证

4.8本章小结

第5章无输入整流桥Boost PFC软开关电路

5.1 引言

5.2电路拓扑

5.3电路工作原理

5.3.1 符号定义

5.3.2 工作过程分析

5.4软开关电路的分析及其设计

5.4.1 控制电路的设计

5.4.2 变流器特性

5.5实验验证

5.6本章小结

第6章总结与展望

6.1本文研究工作总结

6.2今后的工作

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢