宽范围软开关全桥DC-DC变换器的研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tony_yang123
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移相全桥变换器是中大功率场合直流-直流(DC-DC)电力变换的常用拓扑,近几年来,随着混合动力汽车、可再生能源、电信等领域快速发展而获得了广泛的应用。传统移相全桥DC-DC变换器利用变压器一次侧漏感和开关管寄生电容的谐振,可以在一定范围内实现软开关,降低开关损耗。然而,由于变压器一侧次漏感的能量较小,传统移相全桥变换器的软开关范围较窄,其滞后桥臂的零电压开关(ZVS)条件难以实现,虽然增大变压器漏感能够扩大软开关的范围,但会增大变压器的二次侧占空比丢失和整流二极管电压振荡等问题。针对上述问题,本文提出了一种具有新型LCL无源辅助支路的移相全桥DC-DC变换器,其特点是:1)辅助支路可以在滞后桥臂开通前提供感性补偿电流,因而拓宽了变换器的ZVS软开关范围;2)由于变换器不再依赖漏感上的能量来实现软开关,因此变压器的一次侧漏感可以设计的尽量小以减小不利影响;3)新型辅助支路上特殊的电流波形使其具有更小的环流;4)辅助支路所提供的补偿电流峰值可以根据需要在较窄的频率变化范围内自适应调节,因而进一步减小了由于辅助支路的引入而带来的环流损耗,使得新型变换器的整体效率更高。本文主要工作如下:1、对新型变换器进行了详细的模态分析,建立了对应的稳态数学模型;给出了辅助支路上补偿电流的表达式,给出了主功率电路上变压器一次侧电流以及直流电压增益的数学表达式,通过数学模型的建立分析了漏感对主功率电路的影响;给出了变换器的滞后桥臂与超前桥臂的ZVS软开关条件。2、对新型变换器与参考变换器(采用一个单电感辅助支路的移相全桥变换器)进行了详细的对比研究,包括辅助支路上提供的补偿电流特性、辅助支路上电流有效值(RMS)、变换器损耗分布、开关管应力。3、依据所建立的数学模型,结合实例,给出新型变换器的详细设计过程,分析了频率变化对变换器的影响,建立了自适应变频模式下开关频率与移相角的关系模型。4、基于所设计的参数,制作了实验样机。对新型变换器与参考变换器进行了对比实验,在固定频率模式和自适应频率工作模式下分别进行了实验研究。实验结果验证了数学模型的正确性、设计方法的有效性以及辅助支路设计的合理性。
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