两种软开关直流变换器的研制与分析

【摘要】与传统硬开关PWM变换器相比，采用软开关技术的变换器具有工作频率高、开关损耗小、体积小、效率高、功率密度大、EMI噪声小等诸多优点。20世纪70年代，谐振变换器的出现奠定了软开关技术的基础，之后新的软开关技术不断涌现，如LLC谐振变换器；准谐振变换器；零开关PWM变换器；零转换PWM变换器等。本文研究的移相全桥软开关变换器和LLC谐振变换器均能实现原边主功率器件的零电压开关。移相全桥软开关变换器采用定频PWM控制，本文在分析其工作原理的基础上，深入分析了其超前、滞后桥臂实现ZVS的条件和策略，并分析了其副边占空比丢失现象。LLC谐振半桥变换器采用变频控制，其有两个谐振频率，一个是串联谐振频率fr，另一个是串并联谐振频率fm。其工作频率可以处于三种不同范围：fm<f<fr、f=fr、f>fr。当LLC谐振变换器工作频率满足fm<f<fr时，原边MOS管能够实现ZVS开关，副边整流二极管能够实现ZCS开关。本文采用FHA（基波分析法）方法详细分析了LLC谐振变换器的增益特性，应用Mathcad软件绘制了增益曲线。本文探讨了主要谐振参数对变换器性能的影响，并验证了一种谐振参数设计方法的正确性。论文采用Saber软件对两种软开关变换器进行了仿真研究。通过理论分析和仿真计算，确定变换器的各项参数，并据此完成硬件电路的设计工作。最后，基于上述理论分析及参数设计方法，分别研制了1kW移相全桥变换器原理样机和500WLLC谐振半桥变换器原理样机。对样机进行了实验测试，对测试结果进行了分析。移相全桥变换器的特点是控制策略简单，工作频率恒定，易于输出滤波器的设计，原边功率管能够实现ZVS开关，可以实现磁集成，变换器效率受输入电压影响小，适用于中、大功率应用场合；LLC谐振半桥变换器的特点是输出无需滤波电感，原边功率管ZVS开关，副边整流管能实现ZCS开关，整流管的电压应力低，可以实现磁集成，变换器效率随输入电压增大而变高，可以工作于升压或降压模式，能够在宽输入电压范围内工作，适用于有断电保持要求的中、小功率应用场合。
【作者】查晓枫；
【导师】张友军；
【作者基本信息】苏州大学，控制工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】软开关；移相全桥；LLC；谐振变换器；Saber仿真；应力分析；

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