移相全桥软开关DC/DC变换器的研究

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本论文研究了以全桥变换器作为主电路拓扑、以移相谐振控制芯片UC3875作为主控芯片、以移相控制方式作为控制方案的移相全桥软开关DC/DC变换器。该变换器的输入电压为24VDC,输出电压为300VDC。高功率密度、高效率和高性能是现代电力电子功率变换器不断追求的目标。从这一点出发,本文从主电路拓扑选择,控制方案确定等方面入手,通过理论分析和仿真计算,设计并制作了该变换器的原理样机。 论文选取全桥变换器作为主电路拓扑。全桥变换拓扑优点较多,是高质量、大功率变换的主流拓扑。功率密度的提高必须提高开关频率,这就要求实现开关管的软开关。论文以移相全桥零电压开关(Zero-Voltage-Switched,ZVS)技术取代了传统的双极性硬开关技术,降低了开关管的开关损耗,取得了良好的效果。 传统移相全桥ZVS DC/DC变换器具有两个主要的缺点:一是副边占空比丢失较大,二是变换器在轻载时无法实现滞后桥臂开关管的ZVS。ZVS的实现是以牺牲变压器副边一定量的占空比为代价的,它无法消除只能尽量减小。在低压大电流输入的情况下,副边占空比的丢失尤为严重,导致变换器的效率低下,使得实现ZVS变得没有意义。论文通过在传统移相全桥DC/DC变换器的变压器原边串入可饱和电感,大大减小了副边占空比的丢失,同时在滞后桥臂并联辅助谐振网络,使得滞后桥臂开关管在轻载时也能实现ZVS,并进一步减小了副边占空比的丢失。可饱和电感和辅助谐振网络的引入解决了低压大电流输入情况下宽负载范围内实现ZVS和副边占空比丢失严重的矛盾,在实现ZVS的同时将副边占空比丢失减小到几乎为零,使得移相全桥ZVS技术能够很好地应用于这类DC/DC变换器中。 为了使变换器具有良好的动静态特性,变换器必须实现闭环控制。论文采用了平均电流模式下的双闭环控制,提高了变换器的动态性能和稳态性能。 在理论分析的基础上,论文对该变换器进行了仿真研究,设计了该变换器主电路、控制电路和闭环反馈环节的各项参数,并对变换器的各项性能进行了研究。 最后论文给出了该变换器原理样机的实验结果。
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