5kw移相全桥ZVS DCDC变化器(开关电源)的研究
第十章-软开关技术2——移相控制ZVS-PWM-DC-DC全桥变换器
loss
TS / 2
而 t25
Lr [ I 2 I Lf (t5 ) / K ] Vin
那么有：Dloss
2Lr [ I 2 I Lf (t5 ) / K ] Vin TS
Dloss 越大；②负载越大， Dloss越大；③ Vin越低，Dloss 越大。 可知：① Lr 越大， Dloss 的产生使DS 减小，为了得到所要求的输出电压，就必须减小原副边的 匝比。而匝比的减小，带来两个问题： ①原边电流增加，开关管电流峰值也要增加，通态损耗加大； ②副边整流桥的耐压值要增加。
6.
Vin i p (t ) (t t4 ) Lr
到 t5 时刻，原边电流达到折算到原 边的负载电流 I Lf (t5 ) / K值，该开 关模态结束。 持续时间为：
t45
Lr I Lf (t5 ) / K Vin
7. 开关模态6 在这段时间里，电源给负载供电 原边电流为:
10.3. 3 两个桥臂实现ZVS的差异
1.实现ZVS的条件 要实现开关管的零电压开通，必须有足够的能量： ①抽走将要开通的开关管的结电容（或外部附加电容）上的电荷； ②给同一桥臂关断的开关管的结电容（或外部附加电容）充电； 考虑到变压器的原边绕组电容，还要有能量用来： ③抽走变压器原边绕组寄生电容CRT 上的电荷。
ip (t ) I p (t0 ) I1
vC1 (t )
I1 (t t0 ) 2Clead I1 vC 3 (t ) Vin (t t0 ) 2Clead
在
C3 电压降到零，D3 自 t1时刻，
然导通。
3.开关模态2
td (lead ) t01
D3导通后，将Q3 的电压箝在零位 此时开通Q3 ，则Q3是零电压开通。 Q3和Q1驱动信号之间的死区时间 ，即
移相全桥DCDC变换器的设计与研究
i
ABSTRACT
With China's rapid economic development, electronic technology and computer technology become more and more widely. It makes the power supply develop in the direction of lighter , smaller, high-frequency and high-efficiency. While increasing the operating frequency, the power switch voltage and current stress increases as well.Soft-switching technology can achieve zero-voltage start or zero current shutdown. It can also improve the efficiency and reduce the electromagnetic interference. In the field of high-power applications,the phase-shifted full-bridge DC/DC converter has a simple circuit structure, a small switching loss, and it is easy to control.So it has been generally applied on many occasions.
第二章 移相全桥 DC/DC 变换器............................................................................................7 2.1 移相全桥 ZVS DC/DC 变换器 ....................................................................................7 2.2 移相全桥 DC/DC 变换器控制方式...........................................................................13 2.2.1 PID 控制............................................................................................................13 2.2.2 电压和电流双闭环控制 .................................................................................. 13 2.2.3 模糊控制 .......................................................................................................... 13 2.3 移相全桥 DC/DC 变换器关键问题的分析 ..............................................................14 2.3.1 两个桥臂实现 ZVS 的差异.............................................................................14 2.3.2 副边占空比的丢失 .......................................................................................... 16 2.3.3 整流二极管的换流 .......................................................................................... 17 2.4 改进型全桥移相 ZVS-PWM DC/DC 变换器电路 ..................................................21 2.5 本章小结 .....................................................................................................................28
最新-改进型全桥移相ZVS-PWMDCDC变换器 精品
改进型全桥移相ZVS-PWMDCDC变换器
摘要介绍了一种能在全负载范围内实现零电压开关的改进型全桥移相－变换器。
在分析其开关过程的基础上，得出了实现全负载范围内零电压开关的条件，并将其应用于一台486的变换器。
关键词全桥变换器；零电压开关；死区时间
引言
移相控制的全桥变换器是在中大功率变换电路中最常用的电路拓扑形式之一。
移相控制方式利用开关管的结电容和高频变压器的漏电感作为谐振元件，使开关管达到零电压开通和关断。
从而有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声，减少了器件开关过程中产生的电磁干扰，为变换器提高开关频率、提高效率、降低尺寸及重量提供了良好的条件。
同时保持了电路拓扑结构简洁、控制方式简单、开关频率恒定、元器件的电压和电流应力小等一系列优点。
移相控制的全桥变换器存在一个主要缺点是，滞后臂开关管在轻载下难以实现零电压开关，使得它不适合负载范围变化大的场合[1]。
电路不能实现零电压开关时，将产生以下几个后果
1由于开关损耗的存在，需要增加散热器的体积；
2开关管开通时存在很大的，将会造成大的；
3由于副边二极管的反向恢复，高频变压器副边漏感上的电流瞬变作用，在二极管上产生电压过冲和振荡，所以，在实际应用中须在副边二极管上加入－吸收。
针对上述问题，常见的解决方法是在变压器原边串接一个饱和电感，扩大变换器的零电压开关范围[2][3]。
但是，采用这一方法后，电路仍不能达到全工作范围的零电压开关。
而且，由于饱和电感在实际应用中不可能具有理想的饱和特性，这将会导致1增加电路环流，从而增加变换器的导通损耗；。
移相全桥ZVS PWM DC／DC变换器的仿真分析
移相全桥ＺＶＳＰＷＭＤＣ／ＤＣ变换器的仿真分析作者：龙泽彪施博文来源：《消费导刊·理论版》2008年第17期[摘要]本文首先在研究硬开关的缺陷上，提出软开关技术。
对移相控制ZVS PWM DC/DC 变换器的工作原理进行分析研究的基础上，使用PSpice9.2计算机仿真软件对变换器的主电路进行仿真和分析，验证该新型DC/DC变换器的拓扑结构设计的正确性和可行性。
[关键词]软开关 DC/DC ZVS 移相控制 PSpice9.2作者简介：龙泽彪（1985-），男，湖北仙桃人，贵州大学电气工程学院在读硕士研究生，研究方向：异步电机控制；施博文（1985-），男，贵州大学电气工程学院在读硕士研究生，研究方向：电力电子与电气传动。
一、引言随着新型电力电子器件以及适用于更高频率的电路拓扑和新型控制技术的不断出现，开关电源朝着小型化、高效化、低成本、低电磁干扰、高可靠性、模块化、智能化的方向发展。
硬开关DC/DC变换器在电流连续工作模式下会遇到严重的问题，这一般都与有源开关器件的体内寄生二极管有关，其关断过程中的反向恢复电流产生的电流尖峰对开关器件有极大的危害。
本文在对DC/DC变换器的基本工作原理进行分析、研究的基础上，对已经出现的软开关DC/DC变换器拓扑结构进行分析研究，提出的一种新型的DC/DC变换器的拓扑结构，并进行深入的研究。
二、移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器（Phase-Shifted zero-voltage-switching PWMDC/DC Full-Bridge Converter，PS ZVS PWM DC/DC FB Converter），是利用变压器的漏感或原边串联的电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现开关管的零电压开关，其主电路拓扑结构及主要波形如图1所示。
其中，D1～D4分别是S1～S4的内部寄生二极管，C1～C4分别是S1～S4的寄生电容或外接电容，Lr是谐振电感，它包含了变压器的漏感。
5kw移相全桥ZVSDCDC变化器（开关电源）的研究要点
5kw移相全桥ZVSDCDC变化器（开关电源）的研究要点学校代码：10213国际图书分类号：621.3 密级：公开工学硕士学位论文5kW 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的研究硕士研究生：刘鑫导师：马洪飞教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2011 年6 月授予学位单位：哈尔滨工业大学r the Master Degree in EngineeringRESEARCH ON 5kW PHASE-SHIFT FULL BRIDGEZVS DC/DC CONVERTERCandidate：Liu XinSupervisor：Prof.Ma HongfeiAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpeciality：Power Electronics and ElectricDriversAffiliation：School of Electrical Engineering andAutomationDate of Defence：June, 2011Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学硕士学位论文- I -摘要DC/DC 变换器是电力电子领域重要组成部分，在能源紧张的今天，提高DC/DC变换器的效率及功率密度，具有重要的意义。
功率器件的发展和软开关技术的提出使变换器高效高功率密度成为可能。
移相全桥ZVS DC/DC 变换器是一种能够实现软开关和大功率能量变换的变换器。
本文围绕移相全桥ZVS DC/DC 变换器的特点，分析了其工作原理、占空比丢失、变压器副边整流二极管振荡、滞后臂软开关实现条件等关键问题，并设计和制作了一款5kW 的原理样机。
第一章介绍了DC/DC 变换器的背景及发展方向，其中包括器件、软开关技术和目前DC/DC 变换器研究的热点。
移相全桥零电压PWM软开关电路的研究
略大于开关管自身的寄生电容可减小管子之间的差
异。 实际中，可根据实验波形对其进行调整。 计算得
Llk=7.2 μH，实际取10～20 μH。 由于 要 兼 顾 轻 载 和 重 载，同 时 电 感 在 超 前 臂 谐 振 和 续 流 时 有 能 量 损 失 ，故
实际中取值较计算值略大为宜。
5 整机最大占空比合理性计算
第 43 卷第 1 期 2009 年 1 月
电力电子技术 Power Electronics
移相全桥零电压 PWM 软开关电路的研究
胡红林， 李春华， 邵 波 （黑龙江科技学院， 黑龙江 哈尔滨 150027）
Vol.43 No.1 January，2009
摘要:介绍了移相全桥零电压 PWM 软开关电路的组成及工作原理，从时域上详细分析了软开关的工作过程，阐述了
在开关电源中具有谐振开关和 PWM 控制特点 的移相全桥零 电 压 PWM 变 换 器 得 到 了 广 泛 应 用 ， 该 类 变 换 器 实 现 了 零 电 压 开 关 （ZVS），减 小 了 开 关 损耗，提高了电源系统的稳定性。 同时，电源可在较 高的开关频率下工作，因而大大减小了无源器件的 体积。 但移相全桥 ZVS 电路存在对谐振电感和电容 的合理选择及占空比丢失的问题，这就要求 ZVS 软 开关有一个合理的最大占空比。
实现 VQ1 零电压关断需要有：
uC1=
iCb 2C1
td1=
is 2nC1
td1≥Uin
（6）
式中：td1 为 VQ1，VQ3 死区时间；n 为变比。
要在全范围内实现超前臂的零电压开通， 必须
以 最 小 输 出 电 流 Iomin 和 最 大 输 入 电 压 Uinmax 来 选 取 C1，C3，即 C1=C3≤Iomintd1/（2nUinmax）。 4.2 串联电感的取值及滞后臂并联电容的选取
带饱和电感的移相控制ZVS全桥变换器研究_马昆林
2
2． 1
电感的移相全桥 ZVS 变换器分析
移相全桥 ZVS 变换器原理 移相全桥 ZVS 变换器主拓扑结构如图 1 所示。 Q1 ～ Q4 是 IGBT 开关管， C1 ～ C4 分别是开关管 图 1 中，
； 电路参数的选取多为经验
精度不高且可靠性较低 。 值或试凑法， 为此， 本文引入饱和电感， 利用非线性的饱和电感来替 代普通的线性谐振电感 ， 这样可在不改变电路结构的情况下 从根本上改善电路性能 。对于电路器件参数的选取 ， 本文在
— 230 —
U c2 （ t） = V i － I c Z r sin（ ω r t） U c4 （ t） = I c Z r sin（ ω r t） i p = I c cos（ ω r t） U ab （ t） = － U c4 （ t） = － I c Z r sin（ ω r t） ωr =
VD1 ～ VD4 分别是 Q1 ～ Q4 寄 的寄生电容或外接谐振电容 ， L r 为线性谐振电感。 生二极管， 每个桥臂 的 两 个 开 关 管 成 180 ° 互补导通， 两个桥臂的导通角相差一个相位 （ 即移相角 α） ， 通过移相控制方式改变移相角的大小来调节输出电压 。
收稿日期： 2014 － 01 － 26
第 31 卷
第7 期
计
算
机
仿
真
2014 年 7 月
文章编号： 1006 － 9348 （ 2014 ） 07 － 0229 － 05
带饱和电感的移相控制 ZVS 全桥变换器研究
马昆林， 闫昌盛
（ 中国人民解放军驻 703 所军事代表室， 黑龙江 哈尔滨 150078 ） 摘要： 研究移相全桥变换器性能优化及设计问题 。传统的移相控制 ZVS 全桥变换器占空比丢失大、 环流损耗多、 电能利用率 不高， 并且以往没有较为系统的针对电路各器件参数的计算方法 ， 电路设计难度较大。针对以上问题， 采用饱和电感对电路 进行改进， 并设计出一套完整的电路参数计算方法 。首先从变换器的原理入手， 详细分析饱和电感特性及带饱和电感的移 相全桥 ZVS 变换器工作过程， 其次对电路各重要参数进行分析设计与计算， 最后利用 MATLAB 平台进行仿真。 仿真结果表 明， 饱和电感可提高电路性能并且证明了参数分析与设计的正确性与可行性 。 关键词： 移相全桥； 饱和电感； 零电压； 死区时间 中图分类号： TM743 文献标识码： B
移相全桥ZVS变换器整流桥寄生振荡的抑制.
移相全桥ZVS变换器整流桥寄生振荡的抑制作者：皮之军上传时间：2006-7-26 13:37:56摘要：移相全桥ZVS变换器是中大功率DC/DC变换场合的理想拓扑之一，但在其输出整流二极管反向恢复时，整流桥产生寄生振荡，二极管上存在很高的尖峰电压。
这将带来电路损耗，并影响整流桥的使用寿命。
本文分析了振荡产生的原因，并介绍了抑制的方法。
重点分析了一种原边加箝位二极管的缓冲电路形式，制做了一个5.5kW样机，并给出了对比实验结果。
叙词：寄生振荡；尖峰电压；箝位二极管Abstract：There exists a problem of the Phase-shifted full-bridge zero-voltage-switching(PS-FB-ZVS) PWM converter, which is widely used at medium and high power levels, that the output rectifier diodes suffer the parasitic oscillation and voltage spike resulted by the reverse recovery of the rectifier diodes. In this paper, the reasons and restraining methods are discussed, and a novel ZVS converter is proposed which adopts two clamping diodes in the first side of transformer. The operation principle of the novel converter is analyzed and the experimental results of a 5.5kW prototype converter are also given. Keyword：parasitic oscillation; voltage spike; clamping diodes1引言移相全桥零电压开关PWM变换器(PS-FB- ZVS-PWM converter)利用变压器的漏感或原边串联电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现零电压开关,同时又实现了PWM控制。
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学校代码：10213国际图书分类号：621.3 密级：公开工学硕士学位论文5kW 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的研究硕士研究生：刘鑫导师：马洪飞教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2011 年 6 月授予学位单位：哈尔滨工业大学r the Master Degree in EngineeringRESEARCH ON 5kW PHASE-SHIFT FULL BRIDGEZVS DC/DC CONVERTERCandidate：Liu XinSupervisor：Prof.Ma HongfeiAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpeciality：Power Electronics and ElectricDriversAffiliation：School of Electrical Engineering andAutomationDate of Defence：June, 2011Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学硕士学位论文- I -摘要DC/DC 变换器是电力电子领域重要组成部分，在能源紧张的今天，提高DC/DC变换器的效率及功率密度，具有重要的意义。
功率器件的发展和软开关技术的提出使变换器高效高功率密度成为可能。
移相全桥ZVS DC/DC 变换器是一种能够实现软开关和大功率能量变换的变换器。
本文围绕移相全桥ZVS DC/DC 变换器的特点，分析了其工作原理、占空比丢失、变压器副边整流二极管振荡、滞后臂软开关实现条件等关键问题，并设计和制作了一款5kW 的原理样机。
第一章介绍了DC/DC 变换器的背景及发展方向，其中包括器件、软开关技术和目前DC/DC 变换器研究的热点。
同时还介绍了全桥变换器常见的控制策略，以及移相全桥变换器常见的问题和国内外学者提出的改进方法。
第二章针对课题内容，分析了移相全桥变换器的工作原理，对各个模态进行了详细的分析，并就移相全桥变换器的几个关键问题进行了详细分析：占空比丢失、ZVS 的实现、损耗分析和整流二极管振荡问题。
第三章针对技术指标，设计了一款5kW 的样机，其中包括各器件的选型和相关参数的计算，损耗计算。
这些参数计算主要有：全桥开关管电压电流应力的计算与选型、变压器的设计、整流二极管的选择、输出LC滤波电路的设计、隔直电容的选择、谐振电感电容的选择和死区时间的计算、箝位电路的设计。
并根据计算结果使用Saber 软件进行了开环仿真，验证了设计参数的正确性。
第四章主要介绍了变换器控制系统分析与设计，其中有控制芯片UCC2895 的功能介绍，外围元件的选择与保护与采样电路的设计，移相全桥ZVSDC/DC 变换器的小信号模型和利用MATLAB 软件进行反馈回路的补偿设计。
第五章给出了实验结果和分析，验证了设计的正确性。
关键词移相全桥；软开关；UCC2895；小信号模型硕士学位论文5kW 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的研究RESEARCH ON 5kW PHASE-SHIFT FULL BRIDGEZVS DC/DC CONVERTER刘鑫哈尔滨工业大学2011 年6 月哈尔滨工业大学硕士学位论文- II -AbstractDC/DC converter is a main part of power electronic converter. As the energyproblem increasingly concerned in modern society, improving the efficient and powerdensity have the significant advantages. The developing of power device and inventionof soft-switching technique make the high efficient and high power density of DC/DC converter possible.The zero-voltage-switching (ZVS) phase-shift full bridge DC/DC converter is anadvanced DC/DC converter with soft-switching technology which can achieve highpower converting. Based on the characteristics of the converter, this paper analyses thebasic operation theory and some typical problems like secondary duty ratio loss and the parasitic oscillation of output rectifier diodes as well as the difficulty for lagging legsachieve ZVS. The simulation and experiments are also given.Firstly, this paper introduces the background and development of the converter,including power device and soft-switching technology and the hot points inresearching DC/DC converter as well as some typical problems and someimprovements. Secondly, this paper analyses the basic operation theory and sometypical problems like secondary duty ratio loss and the parasitic oscillation of outputrectifier diodes and power losses as well as the difficulty for lagging legs achieve ZVS.Thirdly, this paper calculates the main parameters including the selection of bridgeMOSFET and the design of transformer as well as the output filter and so on. The lastof the third part uses the software SABER to simulate the main circuit to verify thecorrection of the calculations. Fourthly, this paper introduces the control system of the converter including the UCC2895 chip, sampling circuit, protection circuit, and thesmall signal model of the converter, as well as the compensation of the feedbackloops.Eventually, the paper explains the experimental result and analyzes the result indetail.Keywords phase shift full bridge, soft-switching, UCC2895, small signal model哈尔滨工业大学硕士学位论文- III -目录摘要 (I)Abstract (II)第1 章绪论 (1)1.1 DC/DC 变换器背景及发展方向 (1)1.1.1 电力电子器件是主要推动力 (1)1.1.2 软开关技术概述 (1)1.1.3 DC/DC 变换器的发展趋势 (4)1.2 全桥ZVS PWM 变换器的概述 (5)1.2.1 全桥变换器的控制策略 (5)1.2.2 移相全桥ZVS PWM 变换器常见的问题和拓扑改进 (6)1.3 本文研究方向及主要内容 (8)1.3.1 本文研究方向 (8)1.3.2 本文主要内容 (9)第2 章移相全桥ZVS DC/DC 变换器拓扑的研究 (10)2.1 移相开关ZVS DC/DC 变换器基本的拓扑分析 (10)2.2 移相全桥ZVS DC/DC 变换器中关键问题的研究 (14)2.2.1 占空比丢失问题 (14)2.2.2 超前臂和滞后臂ZVS 的实现 (15)2.2.3 损耗分析 (16)2.2.4 整流二极管寄生振荡 (17)2.3 本章小结 (21)第3 章5kW 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的设计 (22)3.1 5kW 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的技术指标 (22)3.2 变换器的各器件选型及相关参数计算 (22)3.2.1 全桥开关管的选择 (22)3.2.2 主变压器的设计 (22)3.2.3 整流二极管的选择 (25)3.2.4 输出LC 滤波电路的设计 (25)3.2.5 隔直电容的选择 (26)3.2.6 谐振电感电容的选择和死区时间的计算............................... 27哈尔滨工业大学硕士学位论文- IV -3.2.7 箝位电路的设计 (28)3.3 损耗计算 (29)3.3.1 MOSFET 的相关损耗计算 (29)3.3.2 副边整流二极管的通态损耗计算 (30)3.3.3 箝位电路的损耗计算 (31)3.4 开环仿真 (31)3.5 本章小结 (35)第4 章基于UCC2895 的控制系统的设计 (36)4.1 控制器UCC2895 介绍及外围元件的选择 (36)4.1.1 UCC2895 芯片的介绍 (36)4.1.2 UCC2895 外围元件的选择 (38)4.1.3 采样和保护电路的设计 (39)4.2 补偿系统的设计 (41)4.2.1 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的小信号模型 (41)4.2.2 反馈补偿网络的设计 (46)4.3 本章小结 (49)第5 章实验结果及分析 (50)5.1 测试设备说明 (50)5.2 测试波形及其分析 (51)5.2.1 驱动波形及其分析 (51)5.2.2 主电路测试波形及分析 (52)5.3 变换器结构设计 (54)5.4 本章小结 (56)结论 (57)参考文献 (58)攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (61)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 (62)致谢...........................................................................................63哈尔滨工业大学硕士学位论文- 1 -第1 章绪论1.1 DC/DC 变换器背景及发展方向目前世界上绝大部分的电力在使用前都要经过电力电子设备的处理，以满足不同的电压等级和使用环境[1]。