宽范围软开关零电压转换全桥变换器研究

发布时间：2020-10-31 02:35

　　移相全桥(Phase-shift full-bridge,PSFB)变换器因为具有简单的电路结构、可靠的结构特性、较低的电磁干扰和较高的功率密度而被广泛应用于分布式发电、新能源应用和电池充电技术。传统的PSFB变换器因为其软开关特性而受到工业界的青睐,但是其性能上还存在一些严重的缺陷。其缺陷包括:零电压开通(Zero-voltageswitching,ZVS)范围窄、占空比丢失严重、存在环流损耗及次级侧存在寄生振荡等。本论文针对以上变换器的相关缺陷,结合辅助并联电感网络,研究宽范围软开关零电压转换(Zero-voltage-transition,ZVT)全桥变换器的相关理论。本文首先详细介绍了传统PSFB变换器电路拓扑,详细研究了其工作原理、损耗分析和相应的性能分析。给出了变换器的软开关、占空比丢失、环流损耗和副边整流二极管寄生振荡等分析。分析结果表明:传统PSFB变换器因为其电路结构本身的缺陷,存在软开关范围受限、副边占空比丢失严重、副边整流二极管存在寄生振荡和环流损耗较大等问题。其次,针对传统PSFB变换器存在软开关范围受限和副边占空比丢失严重的问题,本文提出并研究了一种外加辅助并联电感电路的混合控制宽范围软开关全桥变换器。通过引入外加辅助并联电感网络,增加了开关管的软开关范围,使得其在10%以上的负载均能实现ZVS;并且因为辅助电感的引入使得原边串联电感大大减小,从而减小了副边占空比丢失。通过在副边增加RCD吸收电路,解决了变压器漏电感导致的副边整流二极管上存在的电压振荡问题。为了获得宽范围软开关和解决环流损耗及副边整流二极管存在寄生振荡等问题,本文提出并研究了一种电容滤波宽范围零电压零电流(Zero-voltage zero-current switching,ZVZCS)全桥变换器。通过在原边增加两个辅助并联电感网络并且采用容性滤波的方案,实现了开关管的宽范围软开关并且解决了副边整流二极管的寄生振荡问题。所采用的容性滤波方案明显减小了副边整流二极管的环流损耗。最后,本论文搭建了相应的实验平台进行验证,实验结果验证了理论分析的正确性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

占空比

ki k kL L L′= + ，fs为开关频率，从公式 2-58 中可以看出：①L；②负载越大，Dloss越大；③Vin越低，Dloss越大。本章所提出的变换器，原边没有串联额外的电感，Dloss可计算4k o slossinL I fDKV = 实现轻载负载条件下的软开关，传统移相需要串联额外的电感和公式 2-61 可以求得不同输出条件与最小副边占空比丢失的( )22 224 2ini TR in o slossinC V C V I fDI K V + = 所提出的全桥变换器不依靠变压器漏感来实现零电压开通，成具有非常低的漏电感，从图 2-11 可以看出其副边占空比丢失。则次级侧有效占空比 D 几乎从零到 1，其直流特性几乎与负统 PSFB 变换器相比较，本章提出的变换器解决了副边占空

波形,整流二极管,输出电压,电压

49图 4-8 实验样机如图4-9所示为满载(800W)时变换器的输出电压和整流二极管电压波形。从图4-9 (a)可以看出，输出电压稳定50 V不变。图4-9 (b)为输出电压和整流二极管电压的放大波形，从图4-9(b)可以看出副边整流二极管上存在一定的电压尖峰和电压振荡，这是由于原边电感和输出二极管电容振荡所导致的。以上实验结果与所述的理论分析一致。表 4-2 变换器基本参数选取主开关(S1~S4) IPP60R099变压器匝数比：3.3:1原边励磁电?

波形,整流二极管,整流电压,负载条件