4.4kw零电压零电流软开关电力电源充电模块的研究

《4.4kw零电压零电流软开关电力电源充电模块的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、华南理工大学硕士学位论文高频化、小型化、模块化和智能化是当前直流开关电源的发展方向。高频化是小型化和模块化的基础，目前开关频率为数百KHz和数MHz的开关电源已有使用。功率重量比或功率体积比是表征电源小型化的重要指标，50W／in3的开关电源早已上市，目前已向120W／in3发展“1。模块化和小型化分不开，同时模块化可显著提高电源的可靠性和使用灵活性，简化生产和使用，模块电源的并联、串联和级联既便于用户使用，也便于生产。智能化是便于使用和维护的基础，无人值守的电源机房、航空和航天器电源系统等要求高度智能化，以实现正常、故障应急和危机情况下对电源的自

2、动管理。在今后，为适应开关电源高频化、小型化、模块化和智能化的发展方向，在电力操作电源的发展趋势上，软开关电力操作电源已成为一研究热点，高性能、高可靠性和高功率密度的软开关电力操作电源已成为今后的发展趋势。1．3大功率软开关电力操作电源充电模块充电模块是电力电源的核心部分，其输出(直流220V或110V)一方面支持常规负载，作为发电厂和变电站自动控制与保护、动力、仪器仪表、信号、通信、事故照明等的重要电源；另一方面给蓄电池充电，在市电停电时，蓄电池放电为上述设备提供直流电源。因此，充电模块的性能和质量直接关系到整个电力操作电源的性能和质量。1．3．

3、1充电模块主电路拓扑结构的选择目前常见的单管构成的变换器，如Buck、Boost、Cuk、Forward、P'lyback等一般适用于中小功率的应用场合，我们知道，功率开关管的电压和电流定额相同时，变换器的输出功率通常与所用的功率开关管数成正比【2l，即双管隔离型直流变换器的输出功率为单管的两倍，为四管全桥变换器的一半。故DC／DC全桥变换器在直流变换器中功率最大，在高输入电压和中大功率场合得到广泛应用，特别是通信用开关电源和电力操作电源中得到广泛应用。所以，从拓扑结构来看，最适合大功率电力操作电源充电模块的主电路拓扑结构是全桥变换器。1．3．2充

4、电模块软开关方式1．3．2．1软开关技术简介软开关技术的发展，给高频开关电源技术的发展带来了新的生机，我们知道，谐振式、准谐振和多谐振技术是不需要外加功率开关实现单管变换器ZVS或ZCS的技术，但是这类软开关技术不同于脉宽调制(PWM)技术，有器件应力高、循环能量大和变频控制等缺点。ZVS—PWM和ZCS—PWM技术实现了PWM控制，但是主开关管和辅助开关管的开第一章绪论关应力依然很大。单管直流变换器等应用ZvT或ZCT技术具有P踟控制的特点，但需要外加功率器件。且该器件仅仅用于实现主功率器件的零转换，不能增加变换器的有功输出。双管和四管变换器却可

5、利用多个主功率器件自身实现ZVT或ZCT，同时可输出大的功率，这是多管隔离型直流变换器得到广泛应用的重要原因。因此研究全桥变换器，特别是其软开关技术有重要意义。1．3．2．2全桥变换器两种软开关方式的比较将谐振变换器与PWra技术结合起来构成软开关P啊的控制方法，集谐振变换器与P'O,t控制的优点于一体。既能实现功率开关管的软开关，又能实现恒频控制，是当今电力电子技术领域的发展方向之一。在Dc／Dc变换器中，则以全桥移相控制软开关PlgM变换器的研究十分活跃，它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，尤其是在中、大功率的应用场合。我们知道，P删DC／D

6、c全桥变换器的软开关方式分为两类：ZVS和ZVZCS方式。在ZVS方式中，0状态工作在恒流模式，此状态下原边电流基本保持不变，为滞后桥臂提供零电压开关条件，使超前和滞后桥臂均实现ZVS,而在ZVZCS方式中，O状态工作在电流复位模式，该状态下使原边电流减d,N零，为滞后桥臂提供零电流开关条件，此方式下超前桥臂实现ZVS，滞后桥臂实现ZCS。所谓0状态，就是全桥变换器的两上管(反并联二极管)或两下管(反并联二极管)同时导通的状态，此时两桥臂的中点电压v矿0。在ZVS方式中，超前桥臂实现ZVS容易，而滞后桥臂实现ZVS困难，尤其是负载范围变化较大时，而

7、且ZVS方式下占空比丢失严重：另外，该方式0状态时工作在恒流模式，降低了变换器的效率。目前全桥移相控制软开关PWM变换器的研究热点已由单纯地实现零电压软开关(Zvs)转向同时实现零压零流软开关(zVZcS)。全桥移相控制ZVS方案至少有四点缺陷：(1)全桥电路内有自循环能量，影响变换效率。(2)副边存在占空比丢失，最大占空比利用不充分。(3)在副边整流管换流时，存在谐振电感与整流管的寄生电容的强烈振荡，导致整流管的电压应力较高，吸收电路的损耗较大，且有较大的开关噪音。(4)滞后臂实现零电压软开关的范围受负载和电源电压的影响。ZVZCS方式中，0状态

8、时变换器工作在电流复位模式，和ZVS方式相比，具有如下优点：(1)由于0状态时变换器工作在电流复位模式，从而不存在ZVSP