5kW全桥软开关DC/DC电源

论文摘要

开关损耗及其带来的散热问题限制了变流器开关频率的提高,从而限制了变流器的小型化和轻量化。软开关技术能够有效的降低开关损耗,提高变流器的效率和开关频率,被广泛的应用在各种大功率开关电源场合。本文首先对软开关技术进行了一个概述,介绍了软开关技术的工作原理及发展历史,特别提到了最新的控制型软开关技术。在第二章中,针对课题,着重讲述了全桥电路。作为对比,首先分析了全桥硬开关电路的工作原理和开关损耗。然后,分析了全桥软开关两种常见的实现方法:ZVS和ZVZCS,并针对几种常见拓扑,详细对比了它们的工作原理,软开关实现方法,软开关实现效果,软开关实现范围和总体效率,指出了它们的优缺点和各自适合的应用领域。在第三章中,首先介绍了全桥软开关的两种控制策略:移相全桥和有限双极性,从实现方法和对软开关效果的影响两个方面,做出比较。然后介绍了开关电源常见的三种控制方式:电压模式控制、峰值电流模式和平均电流模式控制,其中详细介绍了平均电流模式控制,给出了设计思想和步骤。最后,给出了全桥软开关电路的小信号模型,分析了软开关技术的引入对传统PWM硬开关全桥电路小信号模型的影响。第四章给出了5kW电力操作电源的具体设计步骤,如方案选择,磁设计、控制环路设计、副边整流电压尖峰吸收等关键步骤。第五章分析了实验波形和实验数据,验证了上述理论和设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 软开关技术概述
• 1.2 控制型软开关简介
• 1.3 课题主要任务
• 1.4 本章小结
• 第2章 全桥DC/DC变流器拓扑研究
• 2.1 全桥PWM硬开关变流器
• 2.1.1 全桥PWM硬开关工作原理
• 2.1.2 硬开关条件下的损耗分析
• 2.2 全桥ZVS变流器
• 2.2.1 ZVS移相全桥变流器工作原理
• 2.2.2 ZVS软开关效果分析
• 2.2.3 环流损耗分析
• 2.2.4 ZVS软开关实现范围分析
• 2.2.5 占空比丢失与漏感、开关频率的关系
• 2.2.6 ZVS全桥变流器的设计要点
• 2.2.7 ZVS全桥变流器特性总结
• 2.3 全桥ZVZCS变流器
• 2.3.1 ZVZCS移相全桥变流器工作原理
• 2.3.2 ZVZCS软开关效果分析
• 2.3.3 环流损耗及额外损耗分析
• 2.3.4 ZCS软开关实现范围分析
• 2.3.5 占空比丢失与漏感
• 2.3.6 ZVZCS全桥变流器的设计要点
• 2.3.7 ZVZCS全桥变流器特性总结
• 2.4 本章小结
• 第3章 全桥DC/DC变流器控制研究
• 3.1 移相控制与有限双极性控制
• 3.2 电压模式控制
• 3.3 电流模式控制
• 3.3.1 平均电流模式控制的原理
• 3.3.2 平均电流模式控制设计要点
• 3.4 并联均流控制
• 3.5 数字控制开关电源概述
• 3.6 本章小结
• 第4章 5KW样机设计
• 4.1 技术指标
• 4.2 方案选择
• 4.3 ZVZCS移相全桥变流器主电路参数设计
• 4.3.1 输入部分
• 4.3.2 主功率变换部分
• 4.3.3 输出部分
• 4.4 ZVZCS移相全桥变流器补偿网络设计
• 4.4.1 滞后臂串联二极管ZVZCS的建模
• 4.4.2 补偿网络的设计
• 4.4.3 控制芯片外围电路
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验波形与数据分析
• 5.1 样机结构布局
• 5.2 主要实验波形
• 5.2.1 三相不控整流加LC滤波后直流侧电压波形
• 5.2.2 半载下功率因素
• 5.2.3 满载下超期臂ZVS波形
• 5.2.4 满载下滞后臂ZCS波形
• 5.2.5 满载下隔直电容电压波形
• 5.2.6 满载下副边整流二极管电压
• 5.2.7 RCD吸收电路各点波形
• 5.2.8 满载输出电压波形
• 5.2.9 满载闭环超前臂滞后臂控制波形
• 5.2.10 启动时输出滤波电感电流波形
• 5.2.11 启动时输出电压波形
• 5.2.12 切载波形
• 5.2.13 电路主要器件温升表
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表和录用的文章
• 第7章 致谢