移相控制ZVZCS全桥变换器的研究与仿真

论文摘要

随着电源技术的发展,开关电源渗透于产业的各个方面成为一个十分活跃的领域,各种新技术不断孕育而生,比如软开关。目前常规变换器开关管工作在硬开关方式下,损耗大,频率不高,变换器效率低,提高开关频率将会增大开关管的损耗,而PWM软开关技术使高频化成为可能。特别在中大功率变换器中,移相全桥脉宽调制软开关变换器得到广泛关注。目前继零电压(ZVS)软开关后,零电流(ZCS)软开关成为新的热点,本文首先选取一种副边带无源钳位电路的ZVZCS移相全桥DC/DC变换器拓扑进行分析研究。无源钳位电路结构简单由钳位电容和二极管组成,能够实现滞后桥臂零电流开关,使IGBT的使用成为可能。副边由电容电压钳位避免整流二级管承受尖峰电压故不需要增加钳位吸收电路。本文首先对其工作模态进行分析,分析电路特性,关键参数以及损耗。然后依据适合工程应用的设计方法对其主电路进行了参数设计,利用PSPICE软件对主电路进行了仿真分析。通过仿真分析验证变换器优越的电路特性。本文对变换器建立了小信号模型,在频域下对变换器进行了仿真分析,并对反馈补偿网络的设计方法做了详尽的探讨。基于UC3879搭建了控制系统电路,设计了双闭环调节器,驱动和保护电路以及辅助电源,通过闭环系统仿真验证了变换器具有较好闭环阶跃响应特性和抗扰动特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1-1 软开关技术简介
• 1-2 移相全桥软开关变换器
• 1-3 移相ZVZCS全桥变换器的工作原理及各种拓扑
• 1-3-1 零电压、零电流工作原理
• 1-3-2 移相ZVZCS全桥变换器拓扑及分析
• 1-4 本课题研究的内容
• 第二章 移相控制ZVZCS全桥变换器的研究
• 2-1 引言
• 2-2 移相控制ZVZCS全桥变换器的工作过程分析
• 2-3 移相控制ZVZCS全桥变换器的电路特性分析
• 2-3-1 实现超前桥臂零电压开关的条件
• 2-3-2 实现滞后桥臂零电流开关的条件
• 2-3-3 起动过程对电路的影响
• 2-3-4 负载对钳位电容的影响
• 2-3-5 占空比增加效果
• 2-4 关键参数对电路的影响
• 2-5 变换器损耗分析
• 2-5-1 原边主开关的损耗
• 2-5-2 整流二极管的损耗
• 2-5-3 磁性元件的损耗
• 2-6 本章小结
• 第三章 变换器的小信号模型及补偿控制器设计方法
• 3-1 开关网络平均模型
• 3-2 移相控制ZVZCS全桥变换器的小信号模型
• 3-2-1 变换器的小信号模型
• 3-2-2 传递函数及频域特性
• 3-3 闭环反馈环路的设计
• 3-3-1 控制器设计的遵循原则
• 3-3-2 电压控制器的设计
• 3-4 本章小结
• 第四章 软开关变换器的主电路参数设计及仿真分析
• 4-1 主电路的参数设计
• 4-1-1 变压器参数的设计
• 4-1-2 滤波电感及滤波电容设计
• 4-1-3 主功率管的选择及输出整流二极管的选择
• 4-1-4 验证超前桥臂的零电压条件
• 4-1-5 钳位电容的选择
• 4-2 主电路仿真分析
• 4-3 本章小结
• 第五章 变换器控制部分设计与仿真
• 5-1 控制与驱动电路的设计
• 5-1-1 主要引脚的设置
• 5-1-2 驱动电路的设计
• 5-1-3 调节器的设计与闭环系统的仿真
• 5-2 保护电路与辅助电源的设计
• 5-2-1 保护电路
• 5-2-2 辅助电源
• 5-3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢