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一种新型零电压、零电流全桥PWM DC/DC变换器的研制

作　者: 凌俊杰
导　师: 刘星桥
学　校: 江苏大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 软开关 零电压-零电流开关(ZVZCS) 移相控制 全桥变换器
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


移相全桥零电压、零电流(PS-FB-ZVZCS PWM)变换器在原边电压过零期间复位原边电流,实现超前桥臂零电压开关,滞后桥臂零电流开关,从而克服了移相全桥零电压(PS-FB-ZVS-PWM)变换器的明显不足。国内外先后提出了多种不同的拓扑结构,但都尚存在诸如:损耗增加、控制困难、制造工艺复杂等问题。 本文提出的一种利用耦合输出电感的新型次级箝位ZVZCS-PWM变换器与目前各种ZVZCS-PWM电路拓扑相比较:采用了无损耗元件及有源开关的简单辅助电路;副边整流二极管的电压应力和传统的硬开关电路一样小;轻载时箝位电容的充、放电电流能根据负载情况自动调整,可保证在很宽的负载范围内变换器都有高效率;辅助回路二极管D_c可以实现软关断,因而反向恢复影响小。 论文分析了该新型变换器的工作原理,提出了参数设计依据,进而推导了变换器各种状态时的参数计算方程;运用Pspice9.2电路专用仿真软件成功地对变换器工作特性进行了仿真,分析了各参数对变换器性能的影响,并得出了变换器的优化设计参数;最后研制出基于该新型拓扑的1千瓦移相控制零电压、零电流软开关电源,给出了其主电路、控制电路、保护电路及高频变压器等的设计过程,并在实验样机上测量出实际运行时的波形及变换器效率。 理论分析与实验结果证明:该变换器拓扑能在1/3负载以上范围内实现超前桥臂的零电压开关,在任意负载下实现滞后桥臂的零电流开关;在很宽的负载范围内都具有高效率;尤其适合以IGBT作为主功率开关管的高电压、大功率功率变换,具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。

全文目录


第一章 绪论  9-21
  1.1 软开关功率变换器的发展  9-11
  1.2 软开关全桥功率变换器  11-14
    1.2.1 全桥变换器简介  11-12
    1.2.2 全桥变换器控制策略  12-13
    1.2.3 移相PWM DC/DC全桥软开关功率变换器  13-14
  1.3 几种现有ZVZCS电路拓扑的比较  14-18
    1.3.1 采用有限双极性控制方式的ZVZCS电路  14-15
    1.3.2 原边使用饱和电感的ZVZCS电路  15-16
    1.3.3 变压器副边采用有源箝位的ZVZCS电路  16
    1.3.4 使用无源无损网络副边箝位的ZVZCS电路  16-18
  1.4 国内外研究现状  18-19
  1.5 本文主要研究内容  19-21
第二章 新型次级箝位ZVZCS电路工作原理  21-29
  2.1 新型次级箝位ZVZCS电路概述  21-22
  2.2 新型次级箝位ZVZCS电路工作过程分析  22-25
  2.3 新型次级箝位ZVZCS电路的几点考虑  25-29
    2.3.1 轻载时情况分析  25-26
    2.3.2 超前桥臂零电压开关条件  26-27
    2.3.3 滞后桥臂零电流开关条件  27-28
    2.3.4 耦合输出电感分析  28-29
第三章 基于拓扑1千瓦软开关电源设计  29-52
  3.1 变换器的主电路结构  29-30
  3.2 控制方案及UC3875芯片应用  30-33
    3.2.1 移相控制方案  30-31
    3.2.2 移相控制专用芯片UC3875~([24])  31-33
  3.3 控制电路  33-35
    3.3.1 控制电路结构  33-34
    3.3.2 控制电路参数计算  34-35
  3.4 保护及驱动电路  35-39
  3.5 电路参数设计及器件选择  39-48
    3.5.1 辅助电路参数的选择  39-41
    3.5.2 输入滤波电容的选择  41-42
    3.5.3 高频变压器的设计  42-45
    3.5.4 输出滤波电感的设计  45-46
    3.5.5 谐振电感的设计  46-47
    3.5.6 输出滤波电容的选择  47
    3.5.7 输出整流二极管的选择  47-48
    3.5.8 主功率开关管的选择  48
  3.6 辅助电源的设计  48-52
    3.6.1 电源要求及方案  48-49
    3.6.2 高频变压器设计  49-52
第四章 变换器的仿真分析  52-63
  4.1 PSPICE9.2仿真软件简介  52-53
  4.2 仿真参数与设置  53-55
  4.3 仿真波形与分析  55-63
第五章 样机实验及结果分析  63-70
  5.1 试验内容与目的  63
  5.2 试验系统组成  63-64
  5.3 试验结果与仿真对照分析  64-68
  5.4 试验结论  68-70
第六章 小结及展望  70-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
在学期间发表的论文及参加的科研工作  76

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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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