ZVS全桥变换器及其高频振荡抑制方法研究

论文摘要

全桥变换器是目前应用于中大功率DC-DC变换的最理想拓扑之一,但同所有电力电子电路相同,利用功率半导体器件的导通与关断进行能量变换的所有装置都存在高频振荡问题:由于开关电路中存在的许多电感、电容器件,特别是工作在高频开关状态下的电路寄生参数都会引起振荡及电压、电流尖峰。输出整流二极管在关断时存在反向恢复过程,其上存在很高的尖峰电压及严重的振荡现象。在ZVS全桥变换器中,为实现开关管的零电压开通而引入的谐振参数会加剧系统中的高频振荡。尤其是在输出电压较高情况下,振荡现象更加严重,将带来很高的电路损耗,严重影响高频侧整流桥的寿命。针对ZVS全桥变换器中存在的严重高频振荡及电压尖峰问题,本文首先详细分析了该问题的产生机理,然后对多种振荡抑制方法进行比较分析和研究,主要包括:箝位二极管电路、无源无损吸收电路、改进RLCD无源有损吸收电路以及有源箝位电路。详细分析了加入各种振荡抑制电路后改进变换器的工作原理和抑制效果。在理论分析的基础上利用Pspice软件对各种改进ZVS全桥变换器进行了仿真研究,为系统的设计提供理论指导。进行了主电路、控制电路以及各种缓冲抑制电路的设计,同时对主要元器件及变压器等进行了参数计算。在理论分析、仿真研究及参数设计的基础上,研制了一台600V/1kW的ZVS全桥变换器,并进行了整体调试。实验结果证明,在输出电压较高的情况下,设计的ZVS全桥变换器实现了零电压开关,仅加入箝位二极管或无损吸收电路不能很好的抑制高频振荡以及电压尖峰问题,而变压器原边加入箝位二极管,副边加入改进RLCD无源有损吸收电路或有源箝位电路可以很好的吸收掉变换器中存在的严重的高频振荡及电压尖峰。通过对各种抑制方法的分析、仿真及实验,得到了适用于输出电压较高情况下的振荡及电压尖峰抑制方法,从而成功设计了高压可调直流变换器,满足了石油开发中水平井测试用变换器的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及背景
• 1.2 DC-DC 变换器
• 1.2.1 DC-DC 变换器结构
• 1.2.2 软开关技术的发展
• 1.3 本课题研究目的和意义
• 1.4 国内外能量变换器中高频振荡抑制方法综述
• 1.4.1 箝位二极管缓冲电路
• 1.4.2 RC 缓冲电路
• 1.4.3 RCD 缓冲电路
• 1.4.4 无损吸收电路
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 高频振荡产生机理分析
• 2.1 功率开关器件寄生参数的影响
• 2.2 高频脉冲变压器的影响
• 2.3 谐振电感的影响
• 2.4 高频整流二极管的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 高频振荡抑制方法研究
• 3.1 无源无损吸收电路
• 3.2 改进的RLCD 无源有损吸收电路
• 3.3 原边箝位及副边有源箝位电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 仿真及实验研究
• 4.1 600V/1kW 样机试制
• 4.1.1 主电路结构
• 4.1.2 主要参数设计
• 4.2 抑制方法仿真分析
• 4.2.1 传统ZVS 全桥变换器仿真
• 4.2.2 箝位二极管吸收电路
• 4.2.3 箝位二极管及无源无损吸收电路
• 4.2.4 箝位二极管及改进RLCD 无源有损电路
• 4.2.5 箝位二极管及有源箝位电路
• 4.3 实验及结果分析
• 4.3.1 未加吸收电路
• 4.3.2 箝位二极管吸收电路
• 4.3.3 箝位二极管及无源无损吸收电路
• 4.3.4 箝位二极管及改进RLCD 无源有损吸收电路
• 4.3.5 箝位二极管及有源箝位电路
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢