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大功率移相全桥变换器若干关键技术研究

作　者: 周玉飞
导　师: 陈国柱
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 全桥DC/DC变换器 零电压开关 ZVS 零电压零电流开关 ZVZCS 有限双极性控制 移相控制
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 12次
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内容摘要


这篇论文研究了全桥DC／DC变换器的关键技术，包括软开关的实现方法，ZVS与ZV-ZCS变换器拓扑的差异，ZVZCS拓扑中滞后臂实现ZCS的方法，常用控制策略及其差异，针对散热和EMI的结构设计，15kW样机的设计步骤，以及在样机设计过程中提出的新的磁性元件优化设计和反馈控制建模设计方法。零电压零电流开关全桥DC／DC变换器，即ZVZCS FB DC／DC电路，因其高可靠性，在使用IGBT作为开关器件的高输入电压场合的适用性，以及从轻载到满载都能实现软开关的高效率，成为目前大功率直流开关电源中应用最广泛的拓扑之一。ZVZCS FB电路从上世纪90年代开始称为业界研究热点。各种各样的拓扑和控制方法相继提出，仅滞后臂实现ZCS的方法就有不下10种，每种方法都存在优势和问题，适用于不同的场合。在控制方面，也有移相控制和有限双极性控制两种控制策略。本论文将这些不同的拓扑和控制方法作对比，研究其工作原理，推导其特性，总结其在不同应用场合下的优劣。作为对照，兼顾论述的完整性，另一种软开关全桥DC／DC变换器——ZVS全桥DC／DC电路，论文同样进行了研究。ZVS全桥DC／DC电路轻载效率低，滞后臂ZVS条件苛刻，环流较大以及占空比丢失严重等缺点的根源在论文中得以剖析。论文给出一台采用ZVZCS PS FB电路的15kW电力操作电源样机的设计步骤，详细分析了各模块的实现方法，研究其中关键步骤，如方案选择、控制环路设计、副边整流电压尖峰吸收、散热和电磁兼容设计等。在设计过程中，对开关电源至关重要的磁性元件和控制环路的设计产生了新的思路，论文最后的附录给出这些新方法的原理和实现步骤，并论述其实用性。样机测试结果及相关分析也在论文中给出。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 开关电源的现状和发展  8-9
  1.2 全桥DC/DC变换器基本原理  9-12
  1.3 课题主要任务  12
  1.4 本章小结  12-14
2 全桥DC/DC变换器拓扑研究  14-38
  2.1 ZVS移相全桥变换器  14-18
    2.1.1 ZVS移相全桥变换器工作原理  15-16
    2.1.2 ZVS移相全桥变换器特性分析  16-18
  2.2 ZVZCS移相全桥变换器  18-36
    2.2.1 ZVZCS移相全桥变换器工作原理  18-21
    2.2.2 滞后臂实现ZCS的几种方法  21-26
    2.2.3 ZVZCS移相全桥变换器小信号模型  26-32
    2.2.4 ZVZCS移相全桥变换器拓扑设计要点  32-35
    2.2.5 ZVZCS移相全桥变换器特性分析  35-36
  2.3 本章小结  36-38
3 全桥DC/DC变换器控制研究  38-46
  3.1 移相控制与有限双极性控制  38-41
  3.2 峰值电流控制与平均电流控制  41-44
    3.2.1 电流模式控制概述  41-42
    3.2.2 全桥DC/DC电路平均电流控制设计原理  42-44
  3.3 并联均流控制  44-45
  3.4 数字控制开关电源概述  45
  3.5 本章小结  45-46
4 15kW样机设计及关键技术研究  46-62
  4.1 技术指标  46
  4.2 方案选择  46-47
  4.3 参数设计  47-60
    4.3.1 输入部分  47-48
    4.3.2 输出部分  48-55
    4.3.3 主功率变换部分  55-56
    4.3.4 控制系统  56-60
  4.4 结构、散热与EMC问题  60-61
  4.5 本章小结  61-62
5 仿真及实验验证  62-66
  5.1 仿真结果  62
  5.2 实验数据采集  62
  5.3 实验结果  62-66
    5.3.1 软开关效果验证  63
    5.3.2 RCD吸收电路效果验证  63-66
6 总结  66-84
  A 磁性元件优化设计方法  68-78
    A.1 磁路基本理论概述  68-71
    A.2 传统设计方法  71-73
    A.3 优化设计  73-77
      A.3.1 遗传算法概述  73-75
      A.3.2 用遗传算法优化设计磁性元件  75-77
    A.4 本章小结  77-78
  B Matlab在开关电源建模仿真中的应用  78-84
    B.1 Matlab/Simulink概述  78-79
    B.2 Matlab辅助建模  79-82
      B.2.1 Matlab辅助小信号建模原理  79
      B.2.2 非理想CCM Buck变换器建模  79-82
    B.3 Matlab辅助设计  82-83
    B.4 本章小结  83-84
参考文献  84-86
致谢  86-88
攻读硕士学位期间发表的论文  88-90

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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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