移相全桥变换器的损耗分析与效率优化

发布时间：2017-09-20 08:49

  本文关键词：移相全桥变换器的损耗分析与效率优化

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【摘要】：在大功率等级应用中,移相全桥变换器由于其电压应力小输出功率大获得了广泛应用,除了上述优点外移相控制的全桥变换器还具备损耗低、效率高、电磁干扰小等优点。但是移相全桥变换器也存在轻载下开关管难以实现ZVS(Zero Voltage Switch)的问题,导致移相全桥变换器在轻载下效率较低,而作为充电设备的移相全桥变换器大多数时间工作在轻载模式。目前提高移相全桥变换器轻载下效率的方法多集中在改变电路拓扑结构上,对通过改变移相全桥变换器控制方式提高轻载效率的研究还较少,因此研究通过改变控制方式提高变换器轻载效率的方法具有重要意义。论文首先介绍了硬开关技术和软开关技术,通过对比说明软开关技术的优势。分析了移相全桥变换器的基本工作原理,以及现有提高轻载效率的拓扑结构存在的缺点。然后对变换器功率开关管、变压器和输出整流电路等进行损耗建模,基于损耗模型对变换器的损耗进行详细分析。根据分析结果提出了一种通过改变轻载下死区时间和极轻载下开关频率的方法来提高变换器效率,基于样机的软硬件设计实现了效率优化策略。最后通过样机搭建与测试验证了所提出的损耗模型与效率优化方法的有效性。通过样机测试,对关键波形进行分析,并对变换器的实际损耗与模型理论结果进行对比验证,证明了损耗模型的准确性。效率测试结果显示：在输入直流电压为200～310V,输出电流为7-17A时,变换器在轻载下的效率由89.2%提升到91.3%,极轻载下的效率由88.3%提升到90.5%,满载效率94.3%,满足设计指标要求。本文的设计方案可以广泛地应用于移相全桥变换器。
【关键词】：移相全桥变换器 损耗模型 效率优化 死区时间优化 变频控制
【学位授予单位】：东南大学
【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9-17
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 研究内容与设计指标13-14
• 1.4 论文组织结构14-17
• 第二章 移相全桥变换器的工作原理及特性研究17-31
• 2.1 移相全桥变换器的基本原理17-27
• 2.1.1 硬开关技术和软开关技术17-19
• 2.1.2 移相全桥变换器的控制方式19-22
• 2.1.3 移相全桥变换器的工作原理22-27
• 2.2 移相全桥变换器存在的问题27-30
• 2.2.1 副边占空比丢失现象27-28
• 2.2.2 轻载下效率较低28-29
• 2.2.3 传统提高轻载下效率的方法29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 移相全桥变换器损耗模型的建立与分析31-51
• 3.1 开关管损耗模型31-38
• 3.1.1 轻载下开关管损耗模型31-35
• 3.1.2 重载下开关管损耗模型35-38
• 3.2 磁性元件与二极管损耗模型38-43
• 3.2.1 变压器损耗模型39-41
• 3.2.2 二极管和电感损耗模型41-43
• 3.3 移相全桥变换器损耗分析43-48
• 3.3.1 开关管损耗分析44-46
• 3.3.2 变压器损耗分析46-47
• 3.3.3 二极管损耗分析47-48
• 3.4 本章小结48-51
• 第四章 移相全桥变换器效率优化与实现51-67
• 4.1 基于损耗模型的效率优化51-59
• 4.1.1 轻载下死区时间优化51-53
• 4.1.2 死区时间优化仿真验证53-55
• 4.1.3 极轻载下变频控制优化55-56
• 4.1.4 效率优化算法的实现56-59
• 4.2 样机的软硬件设计59-66
• 4.2.1 输出电压电流采集电路设计60-62
• 4.2.2 驱动电路设计62
• 4.2.3 系统软件设计62-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 测试与结果分析67-75
• 5.1 样机与测试平台67-68
• 5.2 关键波形分析68-70
• 5.3 损耗模型验证与测试总结70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75
• 6.2 展望75-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-83
• 作者简介83

【参考文献】

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本文编号：887101