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不对称半桥零电压零电流PWM变换器的研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 软开关技术

1.2.1 软开关技术的提出

1.2.2 软开关技术的分类

1.2.3 软开关技术带来的一些不利因素和对策

1.3 软开关电路的基本结构

1.4 直流变换器的发展

1.5 本文主要研究内容

第2章 不对称半桥软开关变换器的发展

2.1 对称半桥LLC谐振变换器

2.1.1 基本工作方式

2.1.2 特性分析

2.2 不对称半桥PWM变换器

2.2.1 原理分析

2.2.2 稳态分析

2.2.3 软开关实现条件

2.2.4 整流二极管电压应力

2.2.5 占空比丢失

2.3 倍流整流电路器

2.3.1 整流方式的比较

2.3.2 倍流整流电路的稳态分析

2.3.3 整流电路与占空比的关系

2.3.4 倍流整流电路的优缺点

2.4 改进型不对称半桥变换器

2.4.1 副边改进电路

2.4.2 原边改进电路

2.4.3 原边辅助型不对称半桥变换器

2.4.4 副边辅助型不对称半桥变换器

2.4.5 其他软开关式不对称半桥变换器

2.5 本章小结

第3章 新型零电压零电流变换器

3.1 回路拓扑及调制策略

3.2 回路的工作原理

3.3 占空比与开关频率的设置

3.3.1 PWM占空比的设置

3.3.2 开关频率的设置

3.4 变换器相关参数计算与分析

3.4.1 隔直电容电压

3.4.2 输出纹波电流的改善

3.4.3 变压器直流偏磁问题及其解决方法

3.4.4 原边峰值电流Ip的计算

3.5 软开关条件

3.5.1 能量条件

3.5.2 时间条件

3.6 占空比丢失

3.7 有缘辅助谐振缓冲单元的设计

3.8 变换器的输出电压表达式

3.9 回路参数设计

3.9.1 变压器匝数比的确定

3.9.2 有缘辅助谐振频率的确定

3.9.3 串联谐振电容、电感及滤波电感的确定

3.10 本章小结

第4章 仿真及结果分析

4.1 仿真平台MATLAB软件介绍

4.2 仿真模型的搭建

4.2.1 仿真参数的设置

4.2.2 开关驱动信号

4.2.3 稳态工作模式验证

4.3 软开关波形评价

4.3.1 额定负载时功率开关管波形评价

4.3.2 轻载时功率开关管波形评价

4.3.3 副边整流二极管波形评价

4.4 变换器理论特性仿真验证

4.4.1 无损谐振电容与变换器软开关实现的关系曲线

4.4.2 稳态时的开环控制特性

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的成果

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摘要

直流变换就是通过电路控制开关管进行高速的开通与截止,将直流(交流)电转化为所需要的一组或多组电压的装置。随着电力电子技术的迅速发展,极大的推动了高效率、小体积、轻重量、高精度的开关电源的研究和应用。尤其在低压大电流输出和中小功率变换场合,降低开关管的电压应力以及减小电压和电流变化率对提高功率变换效率和减小EMI具有重要意义。不对称半桥直流变换器具有开关管电压应力低和拓扑结构简单的优点,因而得到广泛的研究。同时,为了提高开关频率和降低开关损耗,软开关技术应运而生。软开关技术可以改善功率开关器件的运行环境,提高系统运行的可靠性,降低变换器的功率损耗,抑制过高的电压电流变化率,有效防止电磁干扰,降低系统噪声等优点。因此,不对称半桥软开关直流变换器受到了国内外学者的广泛关注。
  通过对大量半桥型直流变换器拓扑的分析研究发现,半桥型直流变换器普遍存在轻载时难以实现软开关、副边整流电路损耗大的问题,这也是半桥型变换器在未来实际应用中必须解决的关键技术难题。针对上述问题,本文提出了一种不对称半桥(AHB)零电流准谐振变换器。
  本文提出一种不对称半桥(AHB)零电压零电流软开关PWM DC-DC变换器由PWM控制的带有边缘谐振无损缓冲单元的半桥逆变器和一个与高频变压器连接的倍流整流器组成。为了在高频逆变器的原侧获得较宽的零电流软开关变换范围,在半桥臂中采用的无损缓冲单元由一个开关管和一个无损电容组成,在PWM方式下实现宽范围的ZCS软开关转换,并且对输入电流等级不是十分依赖。此外,变换器能够零电压零电流关断。根据不同模式下的等效电路图,分析这种变换器的工作原理、软开关实现条件以及参数设计原则。最后,采用绝缘栅双极性晶体管IGBT(insulated gate bipolartransistor),通过仿真验证该变换器的有效性。

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