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采用无源谐振电路的ZVZCS DC-DC变换器研究

作 者: 陈蕊
导 师: 孙铁成
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 电气工程
关键词: 变换器 零电压零电流开关 无源谐振 DSP控制 小信号建模
分类号: TM46
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 257次
引 用: 1次
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内容摘要


目前在电力电子技术领域中,为实现变换器高频高效率地运行,PWM软开关技术被广泛地采用。移相式零电压零电流开关(ZVZCS)全桥PWM DC-DC变换器适用于中、大功率的场合。本文对移相式零电压零电流开关全桥PWM DC-DC变换器进行研究。基于全桥PWM DC-DC变换器的工作原理,对ZVZCS全桥PWM DC-DC变换器的工作原理及拓扑结构进行综合讨论,综合比较几种具有代表性的ZVZCS全桥PWM DC-DC变换器的拓扑电路优缺点,为进一步拓宽软开关负载范围、减小所添加的辅助谐振元器件产生的附加损耗以及降低电压和电流应力,提出了一种改进的具有无源谐振的ZVZCS全桥PWM DC-DC变换器,并对变换器的工作原理和软开关的实现条件进行了详细地分析。本文运用等效电路模型法,在分析Buck变换器的PWM开关等效小信号模型的基础上,结合ZVZCS FB PWM变换器的工作特点,对所提出的ZVZCS FB PWM DC-DC变换器进行了小信号建模,并采用MATLAB软件进行仿真分析,同时根据性能指标的要求,对移相式变换器的硬件部分进行了设计,包括对主电路中的功率开关管和二极管的参数、高频变压器以及输出整流滤波电路参数的选择、辅助谐振元器件的参数,并对DSP控制电路、驱动电路和保护电路进行了设计。变换器的移相PWM控制信号、占空比、移相角和死区时间都可以通过其软件方便地进行调节。闭环控制系统采用电流型控制系统,设计了数字PID调节器,详细分析了PID算法及软件程序的实现。在设计的过程中,运用PSPICE软件对变换器进行了仿真研究。为了验证这种改进的ZVZCS全桥DC-DC变换器的性能,研制了一台样机,通过实验调试,证实了理论分析的正确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 开关电源的现状与发展趋势  9-10
  1.2 软开关技术的提出及控制策略  10-12
  1.3 本文主要研究内容  12-13
第2章 ZVZCS全桥PWM DC-DC变换器的原理  13-26
  2.1 全桥PWM DC-DC变换器的基本原理  13-15
  2.2 ZVZCS全桥PWM DC-DC变换器的基本原理  15-18
  2.3 改进的无源谐振的ZVZCS全桥PWM DC-DC变换器  18-25
    2.3.1 改进变换器的电路拓扑  18-20
    2.3.2 改进变换器的工作原理分析  20-25
    2.3.3 改进变换器的特点  25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 ZVZCS全桥DC-DC变换器的小信号建模  26-33
  3.1 引言  26
  3.2 Buck变换器的小信号模型  26-28
  3.3 ZVZCS FB PWM变换器的小信号模型  28-31
  3.4 变换器传递函数及频率特性  31-32
  3.5 本章小结  32-33
第4章 变换器硬件的设计  33-47
  4.1 变换器整体结构设计  33-34
  4.2 主电路结构设计  34-40
    4.2.1 功率开关管和二极管的选择  35
    4.2.2 高频变压器设计  35-38
    4.2.3 输出滤波电路参数计算  38-39
    4.2.4 辅助谐振电路参数设计  39-40
  4.3 控制电路设计  40-46
    4.3.1 DSP控制芯片  40-43
    4.3.2 驱动电路  43-44
    4.3.3 保护电路  44-46
  4.4 本章小结  46-47
第5章 变换器DSP控制系统的软件设计  47-56
  5.1 变换器的DSP控制系统  47-48
    5.1.1 数字控制系统的特点  47
    5.1.2 数字控制系统的结构  47-48
    5.1.3 系统的软件功能及基本构成  48
  5.2 主程序部分设计  48-49
  5.3 数字PID调节器设计  49-55
    5.3.1 闭环控制方式  49-51
    5.3.2 数字PID调节器的算法分析  51-53
    5.3.3 数字PID调节器的编程实现  53-55
  5.4 本章小结  55-56
第6章 仿真及实验调试分析  56-66
  6.1 PSPICE软件  56-59
  6.2 实验调试分析  59-63
  6.3 变换器性能指标分析  63-65
    6.3.1 输出电压纹波  63
    6.3.2 电压调整率  63-64
    6.3.3 负载调整率  64
    6.3.4 变换器效率分析  64-65
  6.4 本章小结  65-66
结论  66-68
参考文献  68-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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