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移相控制零开关谐振型PWM DC-DC全桥变换器的研究

作　者: 范晓敏
导　师: 刘树林
学　校: 西安科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 移相全桥变换器零电压开关(ZVS) 零电压零电流开关(ZVZCS) 隔直电容占空比丢失
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 246次
引　用: 7次
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内容摘要

移相全桥(Phase-shifted Full-bridge, PS FB)PWM DC-DC变换器开关管工作在零电压开关(Zero-Voltage Switching, ZVS)或零电流开关(Zero-Current Switching, ZCS)方式时,具有开关应力小、开关损耗小、工作频率高等特点,广泛应用于高输入电压、大功率的直流变换场合。本文分析了带隔直电容的PS FB ZVS PWM DC-DC变换器的工作原理、电路特性及隔直电容C_b对变换器工作过程的影响。根据C_b值的不同,将变换器原边电流的环流阶段、滞后桥臂开关管的开、关转换过程及整流二极管的换流过程分为两种工作模式;由临界条件推导出隔直电容的临界值C_b(crit);对不同工作模式下,副边占空比的丢失作了分析比较,得出以下结论:当C_b<C_b(crit)时,副边占空比丢失较小。提出了一种新颖的PS FB ZVZCS PWM DC-DC变换器,与各种传统的PS FB ZVZCS PWM DC-DC拓扑结构相比较,具有以下优点:超前桥臂开关管采用MOSFET实现ZVS,滞后桥臂开关管采用IGBT实现ZCS,开关频率高、可靠性高、功率密度高、输入电压和负载变化范围宽等。深入分析了该变换器的工作原理,给出了不同工作模式下的状态方程和等效电路,并介绍了主要元件参数的设计。运用PSPICE对所提出的理论进行了仿真分析;研制了PS FB PWM DC-DC变换器样机,对理论分析结果进行了实验验证;仿真和实验结果论证了理论分析的正确性和提出方案的可行性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-16
  1.1 开关变换器的分类  9
  1.2 软开关直流变换器的发展  9-11
  1.3 移相全桥变换器的发展  11-14
    1.3.1 移相控制技术的提出  11-13
    1.3.2 国内外研究现状及发展趋势  13-14
  1.4 本文主要内容  14-16
2 带隔直电容的PS FB ZVS PWM DC-DC 变换器的分析  16-38
  2.1 电路组成和工作原理  16-27
    2.1.1 电路组成  16-17
    2.1.2 工作原理  17-27
  2.2 隔直电容C_b 对副边占空比丢失的影响  27-29
    2.2.1 临界隔直电容C_b(crit)的计算  27-28
    2.2.2 C_b 对副边占空比丢失的影响  28-29
  2.3 隔直电容C_b 对整流二极管换流过程的影响  29-32
    2.3.1 C_b  30-31
    2.3.2 C_b>C_b(crit)时的整流二极管工作情况  31-32
  2.4 实现ZVS 的条件及相关元件的参数设计  32-34
    2.4.1 实现ZVS 的条件  32
    2.4.2 开关管并联电容及谐振电感的设计  32-34
  2.5 改进型的PS FB ZVS PWM DC-DC 变换器  34-36
    2.5.1 采用LCD 辅助电路的移相控制ZVS PWM 全桥变换器  34-35
    2.5.2 增加电感和电容的移相控制ZVS PWM 全桥变换器  35-36
  2.6 本章小结  36-38
3 PS FB ZVS PWM DC-DC 变换器设计实例和实验结果  38-56
  3.1 主电路结构  38-39
    3.1.1 输入整流滤波电路  39
    3.1.2 全桥逆变电路  39
    3.1.3 输出整流滤波电路  39
  3.2 主电路参数设计  39-45
    3.2.1 输入滤波电容的选择  39-41
    3.2.2 高频变压器的设计  41-43
    3.2.3 谐振电感的设计  43
    3.2.4 输出滤波电感的设计  43-44
    3.2.5 输出滤波电容的选择  44
    3.2.6 功率开关管的选择  44-45
    3.2.7 输出整流二极管的选择  45
  3.3 控制电路设计  45-49
    3.3.1 电压、电流反馈电路设计  47
    3.3.2 误差放大电路设计  47
    3.3.3 保护电路设计  47-49
  3.4 驱动电路设计  49-50
  3.5 辅助电源设计  50-51
  3.6 仿真及实验结果分析  51-55
  3.7 本章小结  55-56
4 新颖的PS FB ZVZCS PWM DC-DC 变换器  56-71
  4.1 电路组成  56-58
  4.2 工作原理  58-65
    4.2.1 副边占空比丢失的讨论  63
    4.2.2 参数设计  63-65
  4.3 PS FB ZVZCS PWM DC-DC 变换器的另外两种电流复位方式  65-67
    4.3.1 超前臂开关管反向雪崩击穿的电流复位方式  65-66
    4.3.2 副边带有源箝位开关管的PS FB ZVZCS 变换器  66-67
  4.4 仿真及实验结果分析  67-69
  4.5 本章小结  69-71
5 结论  71-73
  5.1 结论  71-72
  5.2 下一步需做工作  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-77
附录  77-78
攻读学位期间发表论文  78

移相控制零开关谐振型PWM DC-DC全桥变换器的研究

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