ZVS移相全桥变换器的设计毕业设计.doc
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陇东学院电气工程学院工科毕业设计开题报告
姓名 蒋经宇 学院 电气工程学院 专业 电气工程及其自动化 班级 电气工程及其自动化(2)班 学号 2012301208 设计题目 ZVS移相全桥变换器的设计180°互补导通,两个桥臂的导通角相差一个相位,即移相角,通过调节移相角来调节输出电压。这种控制方式下,可以实现全桥变换器的零电压开关、零电压零电流开关和零电流开关三种软开关方式。软开关技术是目前电力电子技术领域中研究的热门方向之一。传统的硬开关技术的开关器件是在承受电压或流过电流的情况下接通或断开,因此存在较大的开关损耗。工作器的频率越高,开关损耗就越大。同时,开关过程还会激起电路分布电感和
寄生电容的振荡,带来附加损耗。软开关直流变换器开关器件的开关,有零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS)两类。零电压开关(ZVS)技术的原理是在移相控制技术的基础上,利用功率MOS管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件,使全桥变换器四个开关管在开通信号到来之前,管子两端的电压已经下降到零,从而依次在零电压下导通。这种开关方式的采用,减少了开关损耗,提高了开关器件的工作频率,减少了开关器件的散热体积,提高了变换器工作的可靠性和效率。为变换器的小型化和模块化创造了条件。
高频化、小型化、模块化和智能化是开关电源的发展方向。高频化是小型化和模块化的基础。软开关技术是高频化的关键。
二、ZVS移相全桥变换器的工作原理
零电压开关又称软开关,包括软开通和软关断。普通PWM 变换器是改变驱动信号脉冲宽度来调节输出电压,它会使功率管开关器件存在大损耗大尖刺干扰,可靠性差,效率低。而移相控制全桥零电压开关PWM 变换器电路是在常规的全桥电路的变压器原边绕组中串联一谐振电感,利用变压器的漏感、串联电感和功率管的寄生电容或并联电容来实现零电压开关。这个变换器实现了功率管的零电压开关且电压应力较低,结果使开关损耗大大降低且接触损耗无明显的上升,而且在采用移相控制等方式下,变换器工作在一固定频率,使电路改进容易实现。
移相全桥ZVS 变换器的电路原理如图1 所示。
图中,D1~D4 分别是Q1~Q4 的内部寄生二极管,C1~C4 分
别是Q1~Q4 的寄生电容或者外接电容。Lr 是谐振电感,包括
了变压器的漏感。T 为变压器,变比为n。假定Q1 和Q3 组成
的桥臂为超前桥臂,Q2 和Q4 组成的桥臂为滞后桥臂。该电路
的主要工作波形如图2 所示。
三、ZVS移相全桥变换器存在的主要问题:
ZVS移相全桥主电路相对传统的硬开关全桥变换器虽然有所改进,但是也有很多不足之处。其主要缺点有:
1)滞后桥臂实现ZVS比较困难,需要增加谐振电感来改进帮助实现ZVS。
2)漏感或者附加谐振电感带来占空比丢失。
3)漏感和副边整流二极管寄生电容会产生电压尖峰和电压振荡。
4)原边存在环流损耗,降低变压器效率。
四、参考文献
1. 王兆安.刘进军编著.《电力电子技术》第五版.机械工业出版社.2006/2
2. 郭麦芳 滕翔 新乡中大电子有限公司.严仰光审校.《现代高频开关电源实用技术》.电子工业出版
社.
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5. 陈柬陆治国.移相全桥软开关变换器拓扑分析[A].重庆大学学报(自然科学版)
6. 陈青 昌彭力.移相全桥数字化ZVS 直流变换器研究.华中科技大学硕士学位论文
7. 叶修桧. ZVS 移相全桥直流变换器设计. 华东交通大学博士论文.
8. 梁颖游磊饶蜀华.新型移相全桥ZVS- PWM 变换器设计[A]. 成都航空职业技术学院学报.
9. 周成军谢少军.采用辅助网络的软开关全桥变换器研究.南京航空航天大学研究生学位论文.
10. 倪海东蒋玉萍编著.《高频开关电源集成控制器》.机械工业出版社.
五、设计内容、方法和步骤
(1)、根据初步查阅相关资料,了解ZVS移相全桥变换器的工作原理。
(2)、设计全桥变换器的主电路结构
ZVS移相全桥主电路利用变压器的漏感、串联电感和功率管的寄生电容或并联电容来实现零电压开关。
(3)、设计辅助谐振电路
为了实现滞后桥臂的零电压开关, 一般采用两种方法: 一种是增加变压器漏感(或一次侧串联电感)或增加励磁电流。增加漏感(或串联电感)会带来了占空比丢失, 而增加励磁电流则使开关管的通态损耗和变压器损耗增加。另一种方法是并联辅助电路,这种方法可以减小占空比丢失,
(3)、设计驱动电路
通过查阅相关文献,选择功能完善、性能优越的控制器来完成驱动电路。
(4)、绘制主电路、准谐振电路和驱动电路的电路图。
(5)、进行参数设置及仿真,分析仿真结果,得出结论。
(6)、制成实物进行调试。
(7)、完成论文。 指导教师
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