一种新型大功率电源软开关技术研究

发布时间：2017-08-03 03:15

  本文关键词：一种新型大功率电源软开关技术研究

  更多相关文章： 软开关技术 大功率 移相全桥 小信号分析 MATLAB仿真

【摘要】：随着开关电源研究的深入及应用范围的扩展,大功率开关电源在电力电子技术中占有越来越重要的位置。目前,开关电源正朝着高频化、小型化、智能化方向发展,但传统的PWM变换器中的开关器件工作在硬开关状态,随着开关频率的提高,会引起诸如开关损耗大、开关器件应力高、电磁干扰严重等问题,这限制了其工作频率的提高,由于软开关技术能够解决硬开关所带来的问题,因此软开关技术成为了开关电源的发展热点,对其研究有着较大的意义。本文分析了传统移相全桥ZVS PWM变换器的工作原理及关键技术问题,针对轻载情况下,传统移相全桥ZVS PWM变换器的主开关管在开关过程会受到瞬间大电流应力的问题,提出一种新型的大功率电源软开关技术,包括设计新型变换器拓扑及两种控制策略,使新型变换器在重载时工作在ZVS状态,而在轻载时开关管又能免受瞬间大电流应力的影响。本文针对变换器的主输出为150V/400A的情况,设计了满足要求的硬件电路,为新型变换器的反馈控制器设计和仿真实验分析提供了所需参数,硬件电路包括了输入滤波电容、整流桥、高频变压器、功率开关管、输出整流滤波电路、芯片与驱动电路、比较与采样电路等。接着,本文使用状态空间平均法对移相全桥ZVS PWM变换器进行小信号模型的建立与分析,并在此基础上设计了系统的反馈控制器,最终获得由理论计算法得到的不完全微分型PID控制器和由工程整定法得到的常规PI控制器。最后,本文基于MATLAB仿真软件,对整个系统进行仿真模块的搭建,并分别对基于不同控制策略的新型变换器在重轻载时的实验波形进行分析,最终验证了所设计的新型大功率电源软开关技术的可行性。
【关键词】：软开关技术 大功率 移相全桥 小信号分析 MATLAB仿真
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外的研究现状10-13
• 1.3 本文研究内容及结构安排13-14
• 第二章 新型大功率电源软开关技术的研究分析14-34
• 2.1 传统移相全桥ZVS PWM变换器的分析14-24
• 2.1.1 传统移相全桥ZVS PWM变换器的工作原理14-21
• 2.1.2 传统移相全桥ZVS PWM变换器关键技术问题分析21-24
• 2.2 新型大功率电源软开关技术的分析24-31
• 2.2.1 与传统移相全桥ZVS PWM变换器的比较25-26
• 2.2.2 新型软开关技术的深入分析26-31
• 2.3 反馈控制模式的选取31-33
• 2.3.1 电压控制模式31-32
• 2.3.2 电流控制模式32-33
• 2.3.3 论文采用的控制模式33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 新型变换器的硬件设计34-54
• 3.1 功率电路设计34-46
• 3.1.1 输入滤波电容的设计34-37
• 3.1.2 整流桥的设计37
• 3.1.3 高频变压器的设计37-39
• 3.1.4 功率开关管的设计39-41
• 3.1.5 变压器副边整流二极管的设计41-42
• 3.1.6 输出滤波电感的设计42-45
• 3.1.7 输出滤波电容的设计45
• 3.1.8 软启动电路的设计45-46
• 3.2 控制电路设计46-52
• 3.2.1 隔离驱动电路设计47-49
• 3.2.2 变压器原边侧电流的检测电路设计49-50
• 3.2.3 谐振电容的电压比较电路设计50-52
• 3.2.4 输出电压采样电路设计52
• 3.3 本章小结52-54
• 第四章 新型变换器的反馈环路分析与设计54-67
• 4.1 移相全桥ZVS PWM变换器的小信号模型54-59
• 4.1.1 Buck变换器的小信号模型54-57
• 4.1.2 移相全桥ZVS PWM变换器小信号模型的建立57-59
• 4.2 系统性能分析与反馈控制器设计59-65
• 4.2.1 系统稳定性分析59-61
• 4.2.2 反馈控制器设计61-65
• 4.3 本章小结65-67
• 第五章 新型大功率电源软开关技术的仿真实验分析67-86
• 5.1 仿真模块搭建67-73
• 5.1.1 功率电路模块67-68
• 5.1.2 驱动控制模块68-73
• 5.1.3 反馈控制器模块73
• 5.2 仿真实验波形分析73-85
• 5.2.1 基于控制策略一的波形分析73-79
• 5.2.2 基于控制策略二的波形分析79-85
• 5.3 本章小结85-86
• 总结与展望86-87
• 参考文献87-91
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果91-92
• 致谢92-93
• 附件93

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本文编号：612410