基于记忆元件的软开关技术研究

发布时间：2017-11-03 02:28

  本文关键词：基于记忆元件的软开关技术研究

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【摘要】：电源装置高频化,造成开关器件损耗增加,电磁干扰严重。软开关技术被证明可以有效的解决上述问题,然而其谐振频率与负载大小、开关频率有着密切的关系,所以存在一些固有的缺陷,如无法适应变化的负载;功率开关器件因承受过大的电压或电流应力,易于损坏;辅助电感、电容增加了装置的体积和重量,降低了功率密度等,所以急需一种新的思路来改善软开关技术的上述缺点。忆阻器、忆容器和忆感器的提出是电路与系统领域一个重要的里程碑。记忆元件凭借纳米尺寸、低功耗、集成密度高等优点,可以有效的减少现有软开关变换器的尺寸,提高集成密度,且记忆元件特殊的非线性特性还有望进一步改善软开关的性能。本文首先将记忆元件应用于软开关技术的基础—谐振电路当中,研究其相关特性,探索了应用记忆元件改善软开关电路性能的可能。本文的主要研究内容及成果如下:(1)构造了忆阻器、忆容器和忆感器的数学模型,研究其相关动力学特性,并搭建了电路仿真SPICE模型。(2)研究了基于记忆元件谐振电路的相关特性,并与传统谐振电路进行对比。分别建立了忆阻值、忆容值、忆感值调节电路,以实现谐振频率可调的谐振电路,为下一步实现谐振频率可调的软开关变换器奠定基础。(3)以传统的Buck电路为重点研究对象,完成了基于忆容器的零电流开关Buck准谐振变换器(Buck ZCS QRC)的设计,与传统变换器进行对比,证明了其可以实现零电流关断的功能,且可以更好的适应变化的负载。通过容值调节电路调节变换器的谐振频率,实现谐振频率可调的Buck ZCS QRC变换器,其还可以适度的减少开关管的电流应力和忆容器两端的电压应力。(4)理论分析与仿真验证了基于忆容器的零电流开关PWM变换器(Buck ZCS PWM)可以实现零电流关断,且比传统Buck ZCS PWM变化器具有更高的输出功率,更快的稳定速度,更低的开关管电流应力和续流二极管电压应力,具有更少的突变与振荡,减少了开关噪声,且开关管电流的高次谐波含量更低,减少了谐波干扰。利用记忆元件的相关特性探索其在软开关技术中的应用,为解决目前软开关技术存在的问题提供了一种新的途径,且拓宽了记忆元件的应用范围。
【关键词】：忆阻器 忆容器 忆感器 谐振电路 软开关 数值分析 电路仿真
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题的研究背景和意义11-12
• 1.2 软开关变换器的研究现状12-16
• 1.2.1 准谐振变换器13-14
• 1.2.2 零开关PWM变换器14-15
• 1.2.3 零转换PWM变换器15
• 1.2.4 移相全桥软开关变换器15-16
• 1.3 记忆元件的研究现状16-18
• 1.4 本文主要研究内容与章节安排18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 第二章 记忆元件的建模与仿真20-33
• 2.1 忆阻器20-24
• 2.1.1 忆阻器的理论基础及数学模型20-21
• 2.1.2 忆阻器的Simulink建模和数值分析21-23
• 2.1.3 忆阻器的SPICE电路模型23-24
• 2.2 忆容器24-28
• 2.2.1 忆容器的理论基础及数学模型24-26
• 2.2.2 忆容器的Simulink建模和数值分析26-27
• 2.2.3 忆容器的SPICE电路模型27-28
• 2.3 忆感器28-32
• 2.3.1 忆感器的理论基础及数学模型28-29
• 2.3.2 忆感器的Simulink建模和数值分析29-31
• 2.3.3 忆感器的SPICE电路模型31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 基于记忆元件谐振电路的研究33-50
• 3.1 基于忆阻器的串联谐振电路的特性研究33-37
• 3.1.1 基于忆阻器的串联谐振电路的理论基础33
• 3.1.2 基于忆阻器的串联谐振电路的仿真分析33-36
• 3.1.3 阻值调节电路的研究36-37
• 3.1.4 阻值调节电路的仿真37
• 3.2 基于忆感器的并联谐振电路的特性研究37-43
• 3.2.1 基于忆感器的并联谐振电路的理论基础37-39
• 3.2.2 基于忆感器的并联谐振电路的仿真分析39-41
• 3.2.3 忆感值调节电路的研究41-42
• 3.2.4 忆感值调节电路的仿真42-43
• 3.3 基于忆容器的串联谐振电路的研究43-49
• 3.3.1 基于忆容器的串联谐振电路的理论基础43-45
• 3.3.2 基于忆容器的串联谐振电路的仿真分析45-47
• 3.3.3 忆容值调节电路的研究47-48
• 3.3.4 忆容值调节电路的仿真48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 基于忆容器的零电流开关准谐振变换器50-64
• 4.1 基于忆容器的零电流开关准谐振变换器的模态分析50-55
• 4.1.1 零电流开关谐振单元50
• 4.1.2 基于忆容器的零电流开关准谐振变换器的构造50-51
• 4.1.3 模态分析51-55
• 4.2 参数设计55-56
• 4.2.1 电感和忆容器初值的参数设计55-56
• 4.2.2 功率开关管和二极管的选取56
• 4.3 仿真验证56-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 基于忆容器的零电流开关PWM变换器64-75
• 5.1 基于忆容器的零电流开关PWM变换器的模态分析64-68
• 5.2 参数设计68-70
• 5.2.1 电感和忆容器初值的参数设计68-69
• 5.2.2 功率开关管和二极管的选取69-70
• 5.3 仿真验证70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 结论与展望75-77
• 1. 所做的工作75-76
• 2. 进一步的工作设想76-77
• 参考文献77-85
• 附录85-88
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果88-90
• 致谢90-91
• 附件91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 李贵三;于东升;;悬浮型忆容器电路模型及其滤波电路分析[J];系统仿真学报;2015年01期

2 王天舒;张瑞德;关哲;巴柯;俎云霄;;忆阻元件与RLC以及二极管串并联电路的特性研究[J];物理学报;2014年17期

3 李程;汪晓东;;忆感器的Simulink模型及其特性分析[J];微电子学;2012年04期

4 张金铖;李传东;李超辈;;基于Matlab的忆感器建模仿真及应用[J];固体电子学研究与进展;2012年03期

5 李建仁;章治国;吴限;王强;;直流变换器软开关技术综述[J];微电子学;2012年01期

6 ;Memristive crossbar array with applications in image processing[J];Science China(Information Sciences);2012年02期

7 何朋飞;王丽丹;段书凯;李传东;;忆容器的Simulink模型及其主要特性分析[J];电子科技大学学报;2011年05期

8 齐群,张波;软开关PWM变换器发展综述[J];电路与系统学报;2000年03期

9 杨德刚,赵良炳;软开关技术回顾与展望[J];电力电子技术;1998年02期

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1 田晓波;忆阻器电路特性与应用研究[D];国防科学技术大学;2009年

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本文编号：1134264