能馈型电子负载的.研究

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1、硕士学位论文第一章绪论1．1电力电子技术第一章绪论电力电子技术是近年来发展迅速的一种高新技术，它是集电力技术、微电子技术和信息控制技术于一体的一门新学科，广泛应用于机电一体化、电气传动、新能源、航天、核电、激光、材料等领域，有专家预言，在2l世纪高度发展的自动化领域内，有两项重要的技术，那就是计算机技术和电力电子技术l¨。1．1．1电力电子变换器电力电子器件的发展推动着其应用的日益广泛，目前电力电子装置绝大多数用于功率变换，例如AC．DC变流，DC．DC变换，DC．AC逆变，AC-AC变换等。在AC．DC变流领域，二极管不可控变流器由于简单实用、经济可靠等优点广泛应用于那些几乎不

2、需要调压的装置，但是其谐波问题很严重。晶闸管一经产生就被广泛地应用到可控变流中，并在电气传动和其他工业用电源等领域占据统治地位达数十年之久，其谐波污染和功率因数低的问题也相当突出。80年代后期发展起来的可逆PWM(PulseWidthModulation)变流器用可关断器件代替相控变流器的晶闸管，并对开关器件按一定的规律进行PWM控制，可实现输入功率因数为l，输入电流为几乎不含谐波的正弦，也可实现能量在负载和电源之间的双向流动。DC-DC变换的主要任务是将不可控的直流电压转变成可控的直流电压。全控型开关器件在斩波电路中作为高速开关，控制输出电压的大小。目前DC．DC变换有PWM式

3、、谐振式和它们的结合。PWM式保持开关频率恒定，仅改变开通时间的长短。由于开关按外加控制脉冲而通断，开关控制与本身流过的电流和两端所加的电压无关，因此，这种电子开关称为硬开关121

4、31。硬开关关断和接通时，开关上同时存在电流和电压，损耗是比较大的。80年代出现了软开关技术，它采用控制方法使电子开关在其端电压为零时导通，流过电子开关的电流为零时关断。软开关的开通、关断损耗理想值为零，由于损耗小，开关频率可提高到兆赫级，电源的体积、重量显著减小。利用谐振现象，使开关器件上电压或电流按正弦规律变化，以创造零电压开通(ZeroVoltageSwitching，ZVS)或零电流关断(Ze

5、roCurrentSwitching，ZCS)的条件，以这种技术为主导的变换器称为谐振变换器。另外还有准谐振变换器和多谐振变换器。为了保持输出电压不随输入硕士学位论文第一章绪论电压的变化而变化，不随负载变化而变化，谐振、准谐振和多谐振变换器主要靠调整开关频率，所以是调频系统，它不如PWM开关那样容易控制，加上电路谐振电压(或电流)峰值高，开关所受的应力大，因此这几年热门的研究课题是零开关PWM变换器和零转换PWM变换器。1．1．2功率变换器中的P删技术在AC．DC变流，DC．AC逆变中，脉宽调制(PWM)技术是实现功率因数校正，逆变器输出正弦化的有效手段，其基本原理是采用一组不同

6、宽度的脉冲序列来等效正弦波电压或电流l椰IIi。随着高频可关断功率器件的发展和应用，以及最优控制技术及计算机仿真技术的引入，PWM技术得到了极大的发展。PWM技术的发展主要分为二个阶段。第一个阶段主要是开环的PWM控制，例如载波调制PWM，预编程PWM等。此阶段解决的主要问题是减少总谐波畸变率THD％。第二阶段是对PWM采用以模拟电路为基础的实时控制，在改进THD％的同时，使瞬时响应性能得到提高，例如瞬时值反馈控制，乓．乓控制等。第二个阶段为了对电容、输入整流桥之类的非线性负载提供具有高瞬时响应性能的正弦波形，提出了基于微机实现的无差拍控制，重复控制等数字控制方案。1．1．3功率

7、变换器中的软开关技术1．谐振变换器(ResonantConverters)该类变换器实际上是负载谐振型变换器，按谐振元件的谐振方式可分为串联谐振变换器和并联谐振变换器两类。在谐振变换器中，谐振元件一直谐振工作，参与能量变换的全过程。该变换器与负载的关系很大，对负载的变化很敏感，一般采用频率调制方法，不利于高频变压器、输入和输出滤波器的设计。2．准谐振变换器(QuasiResonantConverters，QRC)和多谐振变换器(MultiResonantConverters，MRC)这是软开关技术的一次飞跃。这类变换器的特点是谐振元件只参与能量变换的某个阶段，不是全程参与，分为Z

8、CS—QRC和ZVS．QRC两种。主要缺点：不能同时实现有源开关管和无源开关管软开关条件的最优化；开关管的应力大，其中ZVS—QRC中有较大的电压应力，ZCS．QRC中有较大的电流应力；都是频率调制，难以实现变压器和电感等磁性元件的最优化。一般应用在小功率、低电压的场合。3．零开关PWM变换器(ZeroSwitchingPWMConverters)2硕士学位论文第一章绪论ZVS—PWM、ZCS．PWM变换器技术是PWM技术与ZVS—QRC、ZCS．QRC技术的综合，是在QRC的基