一种半桥三电平ZVS PWMDC_DC变换器的研究
ZVZCS PWM DC／DC全桥变换器的简述和发展
中图分类 号 －Ｍ４ Ｔ ６
文 献标识 码 ： Ｂ
文章编 号 ：２９ ２ １（０７ ０— ０ ９０ ０ １— ７３ ２０ ）４ ０５ — ６
０ 引言
在 ＤＣＤ ／Ｃ变换 器 中 ， 桥变 换 器 一般 用 在 中 全
目前 ， 中大 功 率 Ｄ ／Ｃ变换 器 中 ， 在 ＣＤ 应用 最
Ｚ Ｚ ＳＰ ＣＤ Ｖ Ｃ ＷＭ Ｄ ／ Ｃ全桥变换器 的 简述和发展
杜 少武 ， 丁
（ ｉ＿＆ ： ， 安徽 合） ｒ ｋ学 ６－ 摘
莉
合肥 ２０ ０ ） ３ ０９
要 ：随着 Ｄ ／Ｃ变换 器对 功率 密度提 出了更 高的要 求 ，Ｇ Ｔ代 替 ＭＯ Ｆ Ｔ成 为主 要 的功 率 ＣＤ ＩＢ ＳＥ
ｃ ｍｍｏ ｏ ｏｏ ｉｓａ ｌ ａ ｈ ｉ ａ ｖ ｎａ ｅ ｎ ｒｗ ａ ｋ ｒ ｉｃ ｓｅ ｎ ｎ ｌｚｄ ｏ ｎｔｐ ｌｇｅ ｓｗｅｌ ｓｔｅｒ ｄ ａ ｔｇｓａ ｄ ｄａ ｂ ｃ ｓａｅｄｓｕ ｓｄ ａ ｄａ ａｙｅ ．
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一种基于软开关三电平DCDC开关电源的研制.pdf
目前，开关电源正朝着高频、高效、环保等方向发展。
与传统拓扑结构相比，三电平变换器由于具有开关管电压应力为输入直流电压的一半，适合输入电压较高的场合，输出电压谐波小等优点，从而备受关注。
此外，伴随着高频化发展，出现了软开关技术，并结合三电平产生了不同拓扑的DC/DC变换器。
传统ZVS半桥三电平DC/DC变换器轻载时滞后管难以实现ZVS，且开通损耗严重。
ZVZCS变换器消除了ZVS三电平变换器零状态时变压器初级环流，减小了初级通态损耗，同时改善了占空比丢失问题，近年来得到了广泛研究。
这里提出一种新型ZVZCS半桥三电平DC/DC变换器，其次级采用了一个简单的无源筘位网络，通过这个无源箝位网络实现了超前桥臂在一定负载范围内的ZVS和滞后桥臂的ZCS。
2 主电路工作原理图1为新型半桥三电平DC/DC变换器拓扑。
由图1可见，次级采用的无源箝位网络主要由箝位电容CA和二极管VDA1，VDA2，VDA3构成。
变压器次级中心抽头通过VDA1连接到CA，将次级电压箝位在一个较低的水平。
Cs1，Cs2为等值的输入分压电容，VDc1，VDc2为箝位二极管，Css为飞跨电容，Llk为变压器漏感，n为变比，VDR1～VDR4为整流二极管，Lf，Cf分别为滤波电感、电容，Uin，Uo 为输入、输出直流电压。
采用移相PWM控制策略，工作波形如图2所示。
为简化分析，作如下假设：电路各器件均为理想元件；Lf足够大，其电流不变；将Cf看作恒压源。
变换器在半个稳态开关周期内有9个工作模态，分析如下：新周期开始前超前管VS1导通，负载电流通过整流二极管续流，a，b间电压、次级电压、初级电流分别为uab，urec，ip，此时uab=urec= 0，ip=0.模态1（t1～t2） t1时刻，滞后管VS2导通，新周期开始。
由于ip=0，VS2此时ZCS开通。
uab=Uin/2，ip线性增加。
由于ip仍小于负载电流Io折算到初级的值Io/n，VDR1～VDR4全部导通，urec为零，说明该模态中次级存在占空比丢失现象。
新型 ZVS 软开关直流变换器的研究
第 10 卷第 6 期 2007 年 6 月
POWER SUPPLY TECHNOLOGIES AND APPLICATIONS
Vol.10 No.6 June 2007
关器件用于高压上。这种新型拓扑结构的出现，为 高压大容量功率变换器应用开辟了一条新的道路 [3][4]。与半桥电路的硬开关相比，三电平变换器巧妙 结合移相电路的特点，利用变压器漏感（或外加谐 振电感） 和开关管的寄生结电容谐振实现开关管 的 ZVS。
（6）模式 5〔t5-t6〕国当变压器副边电压 V s 下降 到电容 Cr 两端的电压 V cr 时，二极管 Ds1 导通。变 压器副边电压被嵌位在 V cr。此电压反射到变压器 原边电压 V p 被嵌位在（Np/Ns）V cr，电容 Cr 加入到 原边的震荡回路和变压器原边电感 Lk 组成的谐 振回路。在电容 Cr 的电压 V cr 作用下，变压器原边 电流 ip 继续快速下降到零，即
零。 为了分析方便，假设电路中的电感和电容足
够大，开关器件的导通压降为零。图 7 给出了电路 在半个周期工作的主要波形和开关模态。
图 7 工作原理主要波形
（1）模式 0〔t0-t1〕国在 t0 以前，外管 S1 已经预
先导通。在 t0 时刻，开关管 S2 受控导通，V in/2 电压
已过 Cin，开关管 S1、S2、电感 Lk 和变压器 Tr 原边组
在本文中主要介绍一种耦合电感的零电压零 电流开关三电平直流变换电路。这种电路改变了 广为采用的以缓冲电容储能来实现零电流的设计 思路，而是由耦合电感传递用来实现零电流的能 量，并通过限流电感把用于电流回零的能量存储 于电容，这样就不会因为引入缓冲电容而造成副 边上很高的电压过冲[3][7]。这种电路的拓扑结构如 图 6 所示。
改进型PWM 控制 ZVS 半桥
工作模态10[t10,t11]： 当电容C1 电压降为零时， S1 的体二极管将导通，此后若 开通S 1，则S1将是ZVS开通。 至此一个完整的工作周期结束然 后工作模态将回到模态1。
实现ZVS的条件：
实现软开关的条件： （1）S1实现软开关的条件： ） 实现软开关的条件 从开关模态9 的分析可知上管S1 要实现ZVS 必须有足够的能量来抽 走即将开通的开关管S1 的结电容C1 上的电荷,并给刚关断的辅助管S3 的 结电容C3 ,下管S2 的结电容C2 充电。 当电路参数已定时变压器原边电流值的大小将对电容充放电起到关键 作用因此负载的轻重对上管S1实现软开关的效果有很大影响。轻载时由于 电流较小，谐振电感储能若不能完全对电容充放电则S1不能实现ZVS 。 下式是S1能实现软开关所需满足的条件虽然增大Lr 能够增大S1 实现软开 关的范围，但Lr增大会使占空比丢失严重，需要折衷考虑。
工作模态2[t1，t2]： 当原边的电流大于次级反射电流之后， 副边的整流二极管D1导通，D2截止，续 流结束。电源通过变压器向副边传递能量。 而此时原边电压不再为0，为次级的反射 电压。所以，此时谐振电感电流的变化较 慢。在t1时刻形成一个转折点。
工作模态3[t2,t3]： t2时刻关断S1，谐振电感电流按 原方向续流，电流ip为C1充电，C2放 电。Uc2不断下降至零。为S2的开通做 准备。而Uc1是不断上升直到Uin，因 此S1是软关断。
图1
各个开关管的触发波形
Vce1
Vg1*40
100
80
60
40
20
0
0.009285
0.00929
0.009295 T ime (s)
0.0093
0.009305
ZVS三电平DCDC变换器的研究
华中科技大学硕士学位论文ZVS三电平DC/DC变换器的研究姓名：李小兵申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：李晓帆20060428摘 要直流变换器是电力电子变换器的重要组成部分，软开关技术是电力电子装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术，成为现代电力电子技术研究的热点之一。
由于对电源设备电磁兼容的要求的提高，一般在电源设备中都要加入功率因数校正环节，导致后继开关管电压应力的提高。
三电平直流变换器相应提出，主开关管的电压应力为输入直流电压的一半。
使得三电平直流变换器一提出就得到全世界电源专家和学者的重视，短短十几年内，相继提出许多种改进型三电平直流变换器，包括半桥式和全桥式。
根据主开关管实现软开关的不同，将三电平直流变换器分为零电压软开关和零电压零电流软开关。
本文首先给出了基本半桥式三电平DC/DC变换器，详细分析了其工作原理，讨论了主要参数的设计和由于次级整流二极管的反向恢复导致主开关管的电压尖峰。
接着给出一种带箝位二极管的改进型半桥式三电平DC/DC变换器。
文中给出了Saber软件的仿真结果，进一步证明改进方案的正确性和可行性。
针对前面讨论的两种半桥式三电平DC/DC变换器，设计了实验电路来验证理论分析的正确性，文中给出了实验结果。
接着研究了一种新型ZVS三电平LLC谐振型DC/DC变换器，文中详细讨论了该变换器的工作原理，讨论了主要参数的设计过程，给出了仿真结果。
最后，设计了一台实验装置来验证理论分析的正确性，给出了实验结果，说明了主开关管可以在全负载范围内实现零电压软开关，变换器的效率在输入电压高端较高，并且次级整流二极管实现了零电流开关，二极管电压应力为输出电压的2倍。
本文通过理论分析、仿真研究和实验验证，证实了半桥式三电平DC/DC变换器的优越性能，改进型的半桥式三电平DC/DC变换器比较好地消除了主开关管上的电压尖峰。
ZVS三电平LLC谐振型DC/DC变换器良好的性能，使得在有掉电维持时间限制的场合得到广泛应用。
数字控制ZVZCS半桥三电平直流变换器研究的开题报告
数字控制ZVZCS半桥三电平直流变换器研究的开题报告一、研究背景及意义直流变换器由于具有调节性能好、效率高、质量轻、体积小、使用寿命长等优良特性，因此被广泛应用于各种领域，如工业控制、电力电子设备等。
发展至今，直流变换器研究已取得了许多成果，但在工作过程中，它也存在着一些问题，如输出电压波动、开关损耗大等，这些问题影响了直流变换器的性能和效率。
因此，为了提高直流变换器的性能和效率，需要对其进行改进和优化。
由于ZVZCS半桥三电平直流变换器具有工作稳定、效率高、输出电压波动小等优势，因此在电力电子领域中受到广泛关注。
与传统的直流变换器相比，ZVZCS半桥三电平直流变换器能够在较大电压范围内稳定工作，并且具有智能化、数字化、化简化等特点，因此在目前的研究中备受重视。
本文将探讨数字控制ZVZCS半桥三电平直流变换器的研究，通过分析其特点、建立数学模型，研究其控制策略，进而实现直流变换器性能的优化和提高，为电力电子领域的发展做出贡献。
二、研究内容及方法1.研究内容（1）ZVZCS半桥三电平直流变换器的结构及特点的分析（2）建立数学模型，包括直流母线、半桥三电平逆变器等（3）研究ZVZCS半桥三电平直流变换器的控制策略，包括电流控制、电压控制等（4）进行仿真实验，评估其性能和效率的提高情况2.研究方法（1）文献综合：综合国内外相关文献，对直流变换器的研究历史、现状和发展趋势进行深入了解，为本文的研究奠定基础。
（2）数学模型的建立：根据直流变换器的结构和特点，利用矩阵转换思想建立直流变换器的数学模型，以此为基础进行研究。
（3）控制策略的分析：基于数学模型，分析ZVZCS半桥三电平直流变换器的控制策略，包括电流控制、电压控制等，并对其优劣进行评估。
（4）仿真实验：利用MATLAB软件进行仿真实验，评估直流变换器的性能和效率，反复优化设计，以达到最佳效果。
三、预期成果及创新点1.预期成果（1）对ZVZCS半桥三电平直流变换器的结构及特点进行深入分析，建立其数学模型，研究其控制策略（2）通过仿真实验，评估其性能和效率的提高情况，最终实现直流变换器性能的优化和提高。
峰值电流模式的移相半桥三电平DC_DC变换器闭环系统建模研究
的副边电压损失与负载电流的比值 。 ( 2) 半桥三电平控制 ^ d 对输出滤波电感^ i L 的传 递函数 Gid ( s)
Gid ( s) = ^ iL ( s) ^ d ( s)
^ uI = 0
=
R Lf Rd L f Cs + [ + ( Rd + RC ) C]s + +1 R R
2
N U I ( Cs +
关键词 : 半桥三电平变换器 ;峰值电流模式 ;小信号建模 ;MA TL AB 仿真 中图分类号 :TM133 文献标识码 :A 文章编号 :100529490( 2008) 0621828204 1992 年巴西的 Pinheiro 提出了零电压开关半 桥三电平直流变换器 , 解决了由于采用功率因数校 正 ( Power Factor Correctio n ,PFC) 技术带来功率管 开关应力过高的问题[ 1 ] ; 同时该变换器利用变压器 漏感 ( 或外加谐振电感) 和开关管的结电容实现开关 管的 ZV S , 拓扑结构简单 , 是目前在高压大功率开 关电源中应用最为广泛的变换器拓扑之一 。另外 , 在变换器控制方式上 ,峰值电流模式采用双环控制 , 让电感电流跟踪电压外环误差信号 , 可使系统的稳 定性增强 ,系统动态响应快 , 易于均流等特点 , 是目 前在开关电源控制上应用最为广泛的控制模式 。开 关电源动态分析的关键是建模 , 目前国内外对于移
第6期
张云安 ,孙 强等 : 峰值电流模式的移相半桥三电平 DC/ DC 变换器闭环系统建模研究 占空比 ΔD 的表达式为
1829
相全桥 DC/ DC 开环变换器的建模和分析较为成 熟 [ 122 ] ,但鲜有文献对移相半桥三电平变换器进行建 模分析 ,特别是基于峰值电流模式的该变换器闭环 系统建模分析 。因此 , 本文通过时域推导和频域法 及状态空间平均技术 , 建立了基于峰值电流模式的 移相半桥三电平 DC/ DC 变换器闭环控制系统小信 号模型 ,并给出了闭环系统补偿网络参数的寻优步 骤 ,最后用 MA TL AB 对建立的闭环系统进行了仿 真验证 ,仿真结果表明经过补偿后的变换器闭环系 统具有满意的性能指标 。
新型ZVS软开关直流变换器的研究
ｃ ｕ ｉ ｇ ｉ ｕｃ ａ ｅ ｂｙ ｔ ｅ ｔ ａ ｓ ｏ ｍｅ ｓ ｒ ｆｅ ｔ ｄ ｔ ｈｅ ｐｒｍ ａ ｙ ｓ ｄ ｏ ｍａ ｈｅ ｃ ｖ ｒ ｅ ｔ ｚ ｒ ｏ ｉｉ ｏ ｐｌｎ ｎｄ ｔ ｎｃ ｈ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒ ｉ ｅ ｌ ｃ ｅ ｏ ｔ ｉ ｒ ｉ ｅ ｔ ｋｅ ｔ ｏｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｅ ｏ ｃ ｎｄ ｔｏｎ ｒ ｄ ｅ ｔ ｅ ｏ ａ ｈ ｅ ｅ ｔ ｅ ｏ ｖ ｔ ｇｅ ｔ ｎ－ ｏ ｆ ｔ ｕｔ ｒ ａ ｈ ｅ ｏ ｖ ｔ ｇｅ ｔ ｎ— ｏｆ ｆｔ ｎｍｅ ｅ ｕｃ ｏ ｚ ｒ ｎｄ ｃ ｉ ｖ ｈｅ ｚ ｒ ｏｌａ ｕｒ － ｎ ｏ ｈｅ ｏ ｅ ｎｄ ｔ ｅ ｚ ｒ ｏｌａ ｕｒ ｆ ｏ ｈｅ ｉ ｔ
文献 标 识码 ： Ｂ
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｏ ｅ ｒ － ｖ ｌａ ｅ Ｓｏ ｔＳｗ ｉｃ ｉ ｔ ｄ ｎ Ｎ ｖ ｌＺｅ ｏ－ ｏ ｔ ｇ ｆ ｔ ｈ ｎｇ ＤＣ ｎ ｅ ｔ ｒ Ｃｏ ｖ ｒ ｅ
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