zvs移相全桥变换器设计【字数：10051】
在电力电子学科中，DC/DC变换器已成为不可或缺的重要部分。随着通讯技术和电力系统的飞速发展，对电源的性能、重量、体积、效率和可靠性均提出了更高的要求。为了达成小型化、高频化、高效率的目标，在电源装置中大规模应用软开关技术已经成为一个十分具有意义的研究方向。本文以ZVS移相全桥变换器为研究的目标，首先阐述了DC-DC变换器移相全桥软开关技术的研究背景和意义,并分析开关电源技术及ZVS软开关技术的发展现状了，指出ZVS移相全桥电路的优势；其次分析该拓扑的工作原理以及工作模态，根据稳态分析结果，用基波分量法和归一化处理来建立ZVS移相全桥的等效模型；再次，结合软开关条件，提出了设计方案，分析计算各元器件参数，并利用MATLAB软件进行控制角度分析，最终设计了一台输入120V-80V额定功率为300W的ZVS移相变换器；最后，利用PSIM软件对其进行了测试，分析仿真实验结果，与理论进行对比，验证了变换器理论分析与设计的正确性。
目录
第一章、绪论 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2 DCDC变换器软开关技术 2
1.3 ZVS移相全桥变换器研究现状 4
1.4本文研究内容 5
第二章、ZVS移相全桥DC/DC变换器基本工作原理研究 6
2.1谐振式ZVS移相全桥变换器拓扑结构 6
2.2变换器工作模式分析 7
2.3变换器模态分析 8
第三章、ZVS移相全桥电路的数学模型 11
3.1基波的求取 11
3.2等效模型参数的归一化处理与计算 12
3.3变换器谐振电流、功率公式计算 13
第四章、ZVS移相全桥电路参数设计 15
4.1变换器ZVS约束条件 15
4.2电路硬件参数计算 16
4.3双移相角设计 17
第五章、仿真结果的验证 23
第六章、总结与展望 30
参考文献 31
致谢 32
绪论
1.1课题研究背景和意义
电力电子技术，即把电力电子器件和微处理器作为基础，以集成电路作为媒介，在充分利用控制系统的前提下 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，从而实现电力变换和控制的技术。电源是电力电子学科的重要组成部分，在现代社会，照明、工农生产、国防科技等各个领域更是离不开电源，人类日常生活已经离不开电源了。文献[12]提出了人们常用的电源分类有相控电源、线性电源以及开关电源。而具有高功率因数、高效率、低噪音等优势的开关电源，在市场上很受欢迎。文献[3]提出了开关电源的定义：开关电源技术是以电力电子器件为媒介，对电能进行高质高效转换，进而满足人么对供电质量需求标准的一项技术。开关电源具备结构简单、功耗小、控制方便、性能稳定等优点。
开关电源的研究意义在于，人类正在面临能源日渐窘迫枯竭的困境，以能量源头为出发点，在电气设备的使用过程中尽可能的减小电能损耗也是不容忽视的解决方法之一。因此，各类电子设备产生的损耗现象必然成为亟待解决的问题，把软开关技术应用于电源并作为一个系统的研究对象，对电力电子的发展前景与工程应用极其重要。
在开关电源技术中，DC/DC变换技术是一个密不可分的组成部分，它的功能是使一种直流电转变成另一种不同等级的直流电，在此过程中改变电压（电流）的规格。DC/DC变换装置的分类方式有若干种。我们可以在输入端、输出端是否有隔离器件将它分为：有隔离的DC/DC变换器和无隔离的 DC/DC 变换器。其中无隔离的DC/DC变换器分类方法是依据采用的有源功率器件的数目，具体分为：单管、双管以及四管三种，其中单管变换器的应用十分广泛，单管直流变换器有6种分类，分别为Buck降压变换器、Boost升压变换器、Buck/Boost升降压变换器、Cuk斩波变换器、Zeta斩波变换器以及Speic斩波变换器。另一方面，带有隔离的DC/DC变换器包括正激式、反激式、推挽、半桥和全桥这几种分类。在一般情况下，我们采取变压器完隔离操作，在变压器的帮助下，使用范围也能大大提高。
随着高频化电力电子器件的兴起，以软开关技术为代表，DCDC变换器在中功率和大功率直流电源方面的出现场合越来越高。因此，无论是从研究开发还是从日常实际运用的概念出发，开发出满足效能更强、使用范围更广、性能更优越的DCDC变换器，影响深远。DCDC变换器能顺应开关未来社会对电源高频化和小型化的需求，因而电力电子源技术领域，研究DCDC变换器已经成为一趋势。
1.2 DCDC变换器软开关技术
在电气工程领域，脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）已经发展成为一项十分成熟并且重要的控制方式，其在自动控制领域有着以下优势：线性优异、动态性能稳定、转换效率高，因而从半导体开关变换器诞生以来，就被广泛应用于各种开关电源场合。
在PWM控制技术投入应用初期，采用PWM控制技术的直流变换器上的开关管普遍工作在硬开关状态下。实际运用中，开关管并非理想原件，我们无法忽视它的阻抗，它的电压在开通后必须经过一段时间才能下降变成0。同理，开关管上的电流在开通后也必须经过一段时间才能上升到负载电流的大小。在电压下降和电流上升过程中，电流与电压之间会出现一个重叠面积，对面积进行积分可以得到：重叠部分的面积就是损耗。这部分即为开通损耗,我们把它定义为。同样的，在开关管关断过程中，电压和电流也不能瞬间达到目标值，仍需要经过一段开关时间，发生重叠并产生损耗，这部分则称为关断损耗，我们把它定义为。两种损耗统称为开关损耗，其工作时的波形如图 11所示。文献[4,5]提出一般来说，只要环境不变，开关管的周期开关损耗就不变，但是开关管的开关周期损耗与开关频率成正比，与变换器的效率成反比。PWM硬开关技术有一些缺点：(1)开关管在工作时的开关损耗的大小与开关频率成正比，开关频率越大，开关损耗也越大，导致开关频率有限制。(2)电路中存在的零散电感在开关管关断时会出现较强的电流。假设在开关管两端有过大的电压尖峰，开关管就容易被击穿。(3)在高压条件下导通开关管时，结电容放电产生较强的冲击电流，在增大器件损耗的同时，可能使得器件严重发热，导致器件损坏情况的发生。(4)开关管在工作中存在的高频噪声和辐射干扰，导致开关管的频率无法达到一个很大的值。
目录
第一章、绪论 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2 DCDC变换器软开关技术 2
1.3 ZVS移相全桥变换器研究现状 4
1.4本文研究内容 5
第二章、ZVS移相全桥DC/DC变换器基本工作原理研究 6
2.1谐振式ZVS移相全桥变换器拓扑结构 6
2.2变换器工作模式分析 7
2.3变换器模态分析 8
第三章、ZVS移相全桥电路的数学模型 11
3.1基波的求取 11
3.2等效模型参数的归一化处理与计算 12
3.3变换器谐振电流、功率公式计算 13
第四章、ZVS移相全桥电路参数设计 15
4.1变换器ZVS约束条件 15
4.2电路硬件参数计算 16
4.3双移相角设计 17
第五章、仿真结果的验证 23
第六章、总结与展望 30
参考文献 31
致谢 32
绪论
1.1课题研究背景和意义
电力电子技术，即把电力电子器件和微处理器作为基础，以集成电路作为媒介，在充分利用控制系统的前提下 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，从而实现电力变换和控制的技术。电源是电力电子学科的重要组成部分，在现代社会，照明、工农生产、国防科技等各个领域更是离不开电源，人类日常生活已经离不开电源了。文献[12]提出了人们常用的电源分类有相控电源、线性电源以及开关电源。而具有高功率因数、高效率、低噪音等优势的开关电源，在市场上很受欢迎。文献[3]提出了开关电源的定义：开关电源技术是以电力电子器件为媒介，对电能进行高质高效转换，进而满足人么对供电质量需求标准的一项技术。开关电源具备结构简单、功耗小、控制方便、性能稳定等优点。
开关电源的研究意义在于，人类正在面临能源日渐窘迫枯竭的困境，以能量源头为出发点，在电气设备的使用过程中尽可能的减小电能损耗也是不容忽视的解决方法之一。因此，各类电子设备产生的损耗现象必然成为亟待解决的问题，把软开关技术应用于电源并作为一个系统的研究对象，对电力电子的发展前景与工程应用极其重要。
在开关电源技术中，DC/DC变换技术是一个密不可分的组成部分，它的功能是使一种直流电转变成另一种不同等级的直流电，在此过程中改变电压（电流）的规格。DC/DC变换装置的分类方式有若干种。我们可以在输入端、输出端是否有隔离器件将它分为：有隔离的DC/DC变换器和无隔离的 DC/DC 变换器。其中无隔离的DC/DC变换器分类方法是依据采用的有源功率器件的数目，具体分为：单管、双管以及四管三种，其中单管变换器的应用十分广泛，单管直流变换器有6种分类，分别为Buck降压变换器、Boost升压变换器、Buck/Boost升降压变换器、Cuk斩波变换器、Zeta斩波变换器以及Speic斩波变换器。另一方面，带有隔离的DC/DC变换器包括正激式、反激式、推挽、半桥和全桥这几种分类。在一般情况下，我们采取变压器完隔离操作，在变压器的帮助下，使用范围也能大大提高。
随着高频化电力电子器件的兴起，以软开关技术为代表，DCDC变换器在中功率和大功率直流电源方面的出现场合越来越高。因此，无论是从研究开发还是从日常实际运用的概念出发，开发出满足效能更强、使用范围更广、性能更优越的DCDC变换器，影响深远。DCDC变换器能顺应开关未来社会对电源高频化和小型化的需求，因而电力电子源技术领域，研究DCDC变换器已经成为一趋势。
1.2 DCDC变换器软开关技术
在电气工程领域，脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）已经发展成为一项十分成熟并且重要的控制方式，其在自动控制领域有着以下优势：线性优异、动态性能稳定、转换效率高，因而从半导体开关变换器诞生以来，就被广泛应用于各种开关电源场合。
在PWM控制技术投入应用初期，采用PWM控制技术的直流变换器上的开关管普遍工作在硬开关状态下。实际运用中，开关管并非理想原件，我们无法忽视它的阻抗，它的电压在开通后必须经过一段时间才能下降变成0。同理，开关管上的电流在开通后也必须经过一段时间才能上升到负载电流的大小。在电压下降和电流上升过程中，电流与电压之间会出现一个重叠面积，对面积进行积分可以得到：重叠部分的面积就是损耗。这部分即为开通损耗,我们把它定义为。同样的，在开关管关断过程中，电压和电流也不能瞬间达到目标值，仍需要经过一段开关时间，发生重叠并产生损耗，这部分则称为关断损耗，我们把它定义为。两种损耗统称为开关损耗，其工作时的波形如图 11所示。文献[4,5]提出一般来说，只要环境不变，开关管的周期开关损耗就不变，但是开关管的开关周期损耗与开关频率成正比，与变换器的效率成反比。PWM硬开关技术有一些缺点：(1)开关管在工作时的开关损耗的大小与开关频率成正比，开关频率越大，开关损耗也越大，导致开关频率有限制。(2)电路中存在的零散电感在开关管关断时会出现较强的电流。假设在开关管两端有过大的电压尖峰，开关管就容易被击穿。(3)在高压条件下导通开关管时，结电容放电产生较强的冲击电流，在增大器件损耗的同时，可能使得器件严重发热，导致器件损坏情况的发生。(4)开关管在工作中存在的高频噪声和辐射干扰，导致开关管的频率无法达到一个很大的值。
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