移相控制zvzcs全桥变换器的研究与应用

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1、摘要本文研究了一种新颖的移相控制零电压零电流开关PWM全桥变换器，可在很宽的负载范围内实现超前桥臂的零电压开关，在任意负载和输入电压范围内实现滞后桥臂的零电流开关，拓宽了软开关范围，消除了原边环流，提高了变换器的效率。本文首先分析了该变换器的工作原理和电路特性，使用PSPICE软件对主电路进行了仿真分析。在小信号模型的基础上，对闭环控制系统进行了分析与设计。在理论分析和仿真的基础上，研制了3KW的直流电力操作电源工程样机，给出了仿真波形与试验结果。最后，介绍了系统的电磁兼容性设计以及系统的热分析与设计。关键词：零电压零电流开关小信号模型电磁兼容性热分析与设计AbstractThist

2、hesisintroducesanovelphase-shifteAzero-voltageandzero．current-switching(ZVZCS)pulsewidthmodulationfull-bridgeconverter,whichachieveszero—voltage-switchingfortheleadinglegunderawideloadrangeandzero—current-switchingforthelagginglegovertheentirelineandloadrange．Theconverterhasopenedupthescopeofso

3、ftswitching，eliminatedtheidlecurrentandthishelpsincreasetheefficiency．Thethesisfirstlyanalyzestheconverterprincipleofoperationandthecircuitcharacteristic，usedthePSPICEsoftwaretocarryonthesimulationanalysistothemaincircuit．Basedonthesmallsignalmodelfoundation，hascarriedontheanalysisandthedesignt

4、otheclosed·loopcontrolsystem．Onthebasisoftheoryanalysisandsimulation，developedtheprojectprototypeof3KWbatterychargerforthepowersystems，thesimulationandexperimentresultsalegiven．Finally,thethesisintroducedthesystemelectromagneticcompatibilitydesignaswellasthesystemthermalanalysisandthedesign．K％Ⅵ

5、'ords：ZVZCS，smallsignalmodel，EMC，thermalanalysisandthedesign第一章绪论1．1引言全桥变换器是目前DC／DC变换器中最常用的电路拓扑之一，它具有开关器件电压应力、电流应力小，功率变压器的利用率高等优点，所以常应用在中大功率的场合，尤其常用在电力系统直流屏中。近年来，由于电力系统的发展，对直流电力操作电源的效率、功率密度、功率因数、可靠性和EMC等提出了更高的要求。因此，这给电力操作电源设计带来了更大的挑战。虽然目前的开关电源在研究与应用上有很大的突破，但是远未达到尽善尽美的境地。就目前的现状而言，存在以下几个主要问题：1．开关

6、过程中产生的损耗限制了开关频率的迸一步提高；2．电磁干扰问题较为严重；3．控制的精度和快速性有待进一步提高；4．降低成本、提高可靠性有一定难度。因此目前的开关电源钓研究和设计主要就是从这蝗方面着手的。对于一般的变换器，要提高功率密度，最赢接的途径就是提高变换器的开关频率。传统的全桥变换器由于工作在硬开关状态下，在开关过程中开关器件的电压和电流波形有重叠，在提高开关频率的同时，开关损耗也随之增加，电路效率严重下降，很难提高变换器的功率密度。同时，变换器的电磁干扰也会增大。所以简单的提高开关频率以提高交换器的功率密度是不可靠的。为了解决这些问题，必须采用软开关技术，它主要解决电路中的开关

7、损耗和1fF关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高。软开关有两种形式：零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS)。它是应用谐振原理，使开关变换器的开关器件中电压或电流按正弦或准正弦规律变化，当开关管电压或电流为零时，使开关开通或关断，从而使开关损耗大大的降低。对于全桥变换器拓扑而言，采用移相控制技术的ZVS变换器在20世纪90年代初得到迅速发展和应用。它是在移相控制技术的基础上，利用功率MOS管的输出结电容和输出变压器的漏感作为谐振，‘什，使全桥PWM变换器