基于双半桥拓扑的高效率ZVZCS变换器研究

发布时间：2020-08-07 03:51

【摘要】：电力电子技术的飞速发展和广泛应用,对高频开关电源的转换效率和功率密度等性能提出了更高的要求。移相全桥变换器因无需任何额外的器件就可以实现零电压开关,电路结构简单,效率高等优点,广泛应用于中高功率应用场合。然而,传统的移相全桥变换器具有几个突出的严重问题。首先,在轻载工作情况下,变换器无法实现开关管的ZVS特性,从而导致系统效率降低,电磁干扰增加。其次,变换器整流过程中的寄生振荡增加了器件的电压应力和输出电压纹波。最后,在变换器的续流期间,导通损耗也显著增加。本文以解决基本移相全桥变换器拓扑存在的问题,实现高效率的直流电源为核心目标,首先在桥式组合型变换器的理论基础上,总结国内外学者研究的方案和拓扑结构,确定所要研究的基于双半桥拓扑的ZVZCS变换器电路,详细分析变换器拓扑的基本原理、工作模态、电压增益特性、超前臂开关管与滞后臂开关管的软开关实现条件,根据性能指标,进行硬件电路设计,包括参数计算、器件选型和变换器的整体结构布局设计。其次,由于该双半桥ZVZCS变换器的工作特性复杂,为了对系统进行有效的控制,建立双半桥ZVZCS变换器的数学模型,以提高系统的动态及稳态特性为目标,进行控制器设计。最后,进行仿真和实验,验证电路理论分析与控制器设计方案的正确性。基于理论研究和参数设计,研制了一台额定功率为1k W的双半桥ZVZCS变换器,进行了实验测试及分析。实验结果表明,所研究的变换器工作在中载、轻载时也能够实现软开关,具有较高的转换效率,具有良好的动态和稳态特性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46
【图文】：

电路图,振荡吸收,电路,电压

(a) 常规变换器滞后臂换流等效电路CtLkip(t0)=nIonIovct(t0)=0VinLkIa2CossVanIoCd(b) 改进变换器滞后臂换流等效电路vct(t0)=0图 1-6 滞后臂换流阶段等效电路文献[15,16]采用了一种无源有损吸收电路，如图 1-7 (a)所示，能够较好的抑制寄生振荡。但是电阻的存在会造成一定的功率损耗，使变换器的效率有所降低。采用无损吸收电路能够将谐振能量转移到输出侧，有利于提高变换器的效率，图 1-7(b)(c)(d)为几种已提出的无损吸收电路[17-19]。吸收电路的引入能在一定程度上抑制电压振荡，但是并不能完全消除电压振荡和电压尖峰，并且会增大输出电压纹波。

钳位二极管,移相全桥,变换器,换流

组合型,全桥,半桥,变换器

采用串联或者并联的组合方式将两组半桥进行连接，从而得到一类双桥组合型拓扑结构[51]，如图 1-12 所示。双半桥组合型结构保证了原副边功率递的连续性，有助于减小滤波器件的容量。图 1-12 双半桥组合型变换器.3 本文的主要研究内容本课题以解决基本移相全桥变换器存在的几个共性问题为目标，对一种基于半桥拓扑的高效率 ZVZCS 变换器进行研究。通过理论分析、仿真和实验验证结合，对该拓扑进行研究与分析。本文的主要研究内容如下：

【参考文献】