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电流源型半桥变换器技术研究

2020-11-30阅读(935)

电流源型半桥变换器技术研究

论文摘要

电流源型半桥变换器存在的主要问题是变压器漏感引起的开关管关断电压尖峰和实现软开关困难。本文在总结国内外学者为解决该问题所提出的各种方案的基础上,采用零电流关断技术,使开关管关断时漏感电流从零增加到稳态值的过程消失,消除产生开关管关断电压尖峰的源头,从根本上消除了开关管的关断电压尖峰。本文首先分析了一种改进型对称控制零电流开关PWM电流源型半桥变换器。通过变压器副边加入的有源谐振支路,该变换器实现了PWM控制和开关管的零电流关断。与文献提出的电路结构相比该变换器减少了一个辅助开关管,简化了电路结构且同样保证了电路的对称性。论文详细分析了该变换器的工作原理和特性,给出了参数的设计过程,仿真研究结果表明该变换器实现了所有开关管的零电流关断和整流二极管的零电压开通,由变压器漏感引起的集射极电压尖峰被消除。针对改进对称控制零电流开关电流源型半桥变换器的缺点,论文重点研究了一种不对称控制零电流开关PWM电流源型半桥变换器。该变换器采用不对称半桥整流电路,只需要在变压器副边加入一个谐振电容并利用变压器漏感就可以实现主开关管的零电流关断和整流二极管的零电压开通。论文详细分析了其工作原理,工作特性。并与全桥整流方式作比较,对变换器的整流结构进行了讨论。基于对上述不对称控制ZCS-PWM电流源型半桥变换器的研究,将二极管与主开关管串联,以解决开关管反并二极管的反向恢复引起的电压尖峰和开关管电流应力较高的问题。论文详细分析了其工作原理,工作特性,对开关管引入串联二极管的优点以及给变换器带来的影响作了详细的分析。在理论分析的基础上论文详细介绍了不对称控制ZCS-PWM电流源型半桥变换器的设计方法,给出了控制电路的设计过程和工作原理。最后对该变换器进行了仿真研究并制作了原理样机进行实验验证。实验结果表明该变换器实现了开关管的零电流关断和整流二极管的零电压开通,消除了由变压器漏感引起的开关管关断电压尖峰,提高了变换器的工作效率。零电流技术和开关管串联二极管的引入彻底消除了开关管的关断电压尖峰,开关管集电极电流最大值被限制在输入电流值,减小了由于谐振给开关管带来的高电流应力。由于无需增加任何有源辅助支路,变换器电路结构简洁可靠,控制简单,在输入电压波动范围较小的场合应用具有明显的优势。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景与意义
  • 1.2 电流源型半桥变换器的研究现状
  • 1.2.1 对启动冲击电流的抑制
  • 1.2.2 对关断电压尖峰的抑制
  • 1.3 论文研究内容及结构安排
  • 第二章 改进对称控制 ZCS-PWM 电流源型半桥变换器
  • 2.1 改进型对称控制 ZCS-PWM 电流源型半桥变换器的提出
  • 2.2 变换器工作原理
  • 2.3 变换器特性
  • 2.3.1 输出电压增益
  • 2.3.2 开关管的 ZCS 实现条件
  • 2.3.3 电流占空比丢失
  • 2.3.4 占空比范围的确定
  • 2.4 参数设计
  • 2.4.1 变压器匝比设计
  • 2.4.2 输入电感值设计
  • 2.4.3 谐振参数设计
  • 2.4.4 输出滤波电容值设计
  • 2.5 变换器仿真研究
  • 2.6 本章小节
  • 第三章 不对称控制 ZCS-PWM 电流源型半桥变换器原理分析
  • 3.1 不对称控制 ZCS-PWM 电流源型半桥变换器的提出
  • 3.2 变换器工作原理
  • 3.3 变换器特性
  • 3.3.1 输出电压增益及隔直电容电压确定
  • 3.3.2 电感电流确定
  • 3.3.3 开关管的电压、电流应力
  • 3.3.4 占空比范围的确定
  • 3.3.5 开关管的 ZCS 实现条件
  • 3.3.6 电流占空比丢失
  • 3.4 整流电路分析
  • 3.4.1 变换器工作原理
  • 3.4.2 整流电路对比分析
  • 3.5 本章小节
  • 第四章 加串联二极管的不对称控制 ZCS-PWM 电流源型半桥变换器原理分析
  • 4.1 串联二极管的作用
  • 4.2 变换器工作原理
  • 4.3 变换器特性
  • 4.3.1 输出电压增益及隔直电容电压确定
  • 4.3.2 电感电流确定
  • 4.3.3 开关管的电压、电流应力
  • 4.3.4 占空比范围的确定
  • 4.3.5 开关管的ZCS 实现条件
  • 4.3.6 电流占空比丢失
  • 4.4 本章小节
  • 第五章 不对称控制 ZCS-PWM 电流源型半桥变换器设计
  • 5.1 功率电路设计
  • 5.1.1 变压器设计
  • 5.1.2 输入电感设计
  • 5.1.3 谐振参数计算
  • 5.1.4 隔直电容设计
  • 5.1.5 输出滤波电容计算
  • 5.1.6 开关元件的选取
  • 5.2 控制电路设计
  • 5.2.1 控制电路结构
  • 5.2.2 PWM 信号产生电路设计
  • 5.2.3 脉宽拓展电路设计
  • 5.2.4 启动电路设计
  • 5.2.5 反馈电路设计
  • 5.2.6 驱动电路设计
  • 5.2.7 保护电路设计
  • 5.3 本章小节
  • 第六章 仿真与样机实验结果
  • 6.1 变换器仿真研究
  • 6.2 变换器实验研究
  • 6.3 本章小结
  • 第七章 结论与展望
  • 7.1 全文工作总结
  • 7.2 后期工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在学期间的研究成果及发表学术论文

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