采用辅助网络的软开关全桥变换器研究

论文摘要

本文首先对一种采用无源辅助网络的ZVS PWM全桥变换器进行了深入研究。通过在变换器中加入一个无源辅助网络,该全桥变换器不仅能在所有负载范围和整个输入电压范围内实现所有开关管的零电压开通,而且抑制了整流二极管的电压振荡和副边占空比丢失。该辅助网络采用无源器件,简化了电路结构;且变换器采用PWM移相控制,使控制电路设计比较容易。本文详细分析了该变换器的工作原理和特性,给出了参数设计原则和控制方法。仿真和实验都表明该无源辅助网络ZVS PWM全桥变换器具有优良的性能。基于对上述无源辅助网络ZVS PWM全桥变换器的研究,提出了一种改进型的无源辅助网络ZVS PWM全桥变换器。和原无源辅助网络ZVS PWM全桥变换器相比,该电路拓扑的辅助网络只是在器件连接方式上作了改变。改进型无源辅助网络全桥变换器不仅能使所有开关管实现软开关,而且辅助网络提供的能量全部用来帮助开关管实现软开关,提高了变换器的效率。仿真和试验都表明该改进型辅助网络ZVS PWM全桥变换器具有更优良的性能。最后提出了一种辅助谐振网络的零电流全桥变换器,该辅助网络位于高频变压器的原边。该变换器不仅能在很宽的负载范围内实现所有主开关管和辅助开关管零电流关断,而且不会增加主开关管的电流应力。辅助二极管也能实现软换流。文中详细分析了该变换器的工作原理和特性,最后通过一台1500W/50kHz的原理样机进行了验证,实验结果表明该方案可行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 软开关的分类与发展
• 1.3 全桥变换器
• 1.3.1 ZVS 移相全桥变换器
• 1.3.2 ZVZCS 移相全桥变换器
• 1.3.3 ZCS 全桥变换器
• 1.4 本论文的主要研究内容及意义
• 第二章 采用无源辅助网络的ZVS PWM 移相全桥变换器的研究
• 2.1 概述
• 2.2 采用辅助网络的ZVS PWM 移相全桥变换器的工作原理和特性
• 2.2.1 主电路结构
• 2.2.2 工作模态分析
• 2.2.3 实现ZVS 的条件
• 2.2.4 副边占空比丢失
• 2.2.5 开关频率的选择
• 2.2.6 整流二极管的寄生振荡
• 2.3 主要参数的设计
• 2.3.1 主变压器匝比的确定
• 2.3.2 主变压器漏感的确定
• lead和C_lag 的选取'>2.3.3 辅助电感La、主功率开关管的寄生电容C_lead和C_lag的选取
• a1和C_a2 的确定'>2.3.4 分压电容C_a1和C_a2的确定
• 2.4 功率电路设计
• 2.4.1 主变压器设计
• 2.4.2 滤波电感的设计
• 2.4.3 辅助电感设计
• 2.4.4 辅助变压器的设计
• 2.4.5 滤波电容的设计
• 2.4.6 分压电容的设计
• 2.4.7 主功率管和整流二极管的选取
• 2.5 控制电路设计
• 2.5.1 UC3875 工作频率的设置
• 2.5.2 死区时间设置
• 2.5.3 驱动电路的设计
• 2.6 仿真和实验结果
• 2.6.1 变换器的仿真研究
• 2.6.2 变换器的实验研究
• 2.6.3 变换器的实验数据
• 2.7 本章小结
• 第三章 改进型无源辅助网络的ZVS PWM 移相全桥变换器的研究
• 3.1 概述
• 3.2 改进型无源辅助网络的ZVS PWM 移相全桥变换器的工作原理
• 3.2.1 主电路结构
• 3.2.2 工作原理
• 3.3 变换器特性分析
• 3.3.1 辅助网络的作用
• 3.3.2 滞后桥臂的软开关实现的条件
• 3.3.3 占空比丢失和死区时间
• 3.3.4 辅助网络的设计
• 3.4 两种变换器的对比
• 3.5 主要参数的确定
• 3.5.1 辅助电感的确定
• 3.5.2 辅助变压器的确定
• 3.6 变换器的仿真和实验结果
• 3.6.1 变换器的仿真研究
• 3.6.2 变换器的实验研究
• 3.6.3 变换器的效率曲线
• 3.7 本章小结
• 第四章 采用辅助网络的ZCS PWM 全桥变换器研究
• 4.1 概述
• 4.2 采用辅助网络的ZCT PWM 全桥变换器及其工作原理
• 4.2.1 主电路拓扑
• 4.2.2 工作原理
• 4.3 变换器特性分析
• 4.3.1 ZCS 实现的条件
• 4.3.2 副边占空比丢失
• 4.3.3 副边有效占空比
• 4.3.4 开关管的电流、电压应力
• 4.3.5 漏感与谐振电容初始电压以及桥臂下管承受反压的关系
• 4.4 主电路设计
• 4.4.1 谐振参数的选取
• 4.4.2 开关频率
• 4.4.3 主变压器的设计
• 4.4.4 输出滤波电感的确定
• 4.4.5 谐振电感的确定
• 4.4.6 输出滤波电容的确定
• 4.4.7 功率器件的选取
• 4.5 控制电路设计
• 4.5.1 控制电路实现策略
• 4.5.2 脉宽拓展电路的设计
• 4.5.3 辅助开关管驱动信号产生原理
• 4.5.4 驱动电路设计
• 4.6 实验结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 全文总结以及进一步的工作
• 5.1 全文总结
• 5.2 后期工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的主要论文