倍流整流式不对称半桥变换器的研究

1 绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 不对称半桥概述 (1)

1.3 国内外现状 (3)

1.4 课题主要研究内容 (4)

1.5 本章小结 (4)

2 倍流整流式不对称半桥工作原理 (5)

2.1 倍流整流式不对称半桥稳态工作分析 (5)

2.2 倍流整流式不对称半桥开关过程分析 (6)

2.3 软开关实现条件 (11)

2.3.1 负载电流 (12)

2.3.2 死区时间 (12)

2.4 实现ZVS的两种方式 (13)

2.4.1 负载电流ZVS方式 (13)

2.4.2 激磁电流ZVS方式 (13)

2.4.3 ZVS负载范围及应用场合 (15)

2.5 存在的问题 (16)

2.5.1 占空比丢失问题 (16)

2.5.2 整流二极管电压应力不平衡问题 (17)

2.5.3 电压调节非线性问题 (17)

2.6 本章小结 (18)

3 不对称半桥偏磁问题与振荡问题分析 (19)

3.1 变压器偏磁问题的基本原因 (19)

3.2不对称半桥偏磁问题分析与解决方法 (21)

3.2.1 不对称半桥偏磁问题分析 (21)

3.2.2 不对称半桥偏磁问题的解决方法 (22)

3.2振荡分析与解决方法 (25)

3.2.1 振荡问题分析 (25)

3.2.2 振荡问题的解决方法 (27)

3.4 本章小结 (28)

4 不对称半桥主电路参数设计 (30)

4.1 输入整流滤波电路设计 (30)

4.2 高频变压器的设计 (31)

4.2.1 占空比的确定 (31)

4.2.2 高频变压器设计 (31)

4.3 开关管与整流管的选取 (34)

4.4 变压器原副边串联电容的计算 (34)

4.5 谐振参数的计算 (35)

4.6钳位二极管的选取 (35)

4.7输出滤波电感与电容的设计 (35)

4.8 本章小结 (37)

5 仿真与实验结果分析 (38)

5.1 系统仿真分析 (38)

5.1.1 软开关仿真分析 (38)

5.1.2 不对称半桥偏磁问题分析 (40)

5.1.3 振荡问题仿真分析 (42)

5.2 实验结果及分析 (45)

5.2.1 软开关分析 (45)

5.2.2 不对称半桥偏磁问题分析 (47)

5.2.3 振荡问题分析 (47)

5.3 本章小结 (49)

6 总结与展望 (50)

致谢 (51)

参考文献 (52)

附录：在校学习期间取得的研究成果 (54)

III

第1章绪论

1 绪论

1.1 引言

电源技术属于电力电子技术的范畴，电力电子技术的迅速发展带来了电源产业的蓬勃发展。【1】目前，从日常生活到最尖端的航天科技都与电源技术息息相关。所谓电源就是实现电能变换与功率传输的电力设备，电源是广泛应用于农业、能源、交通、航空航天等各行各业的国民产业。DC/DC变换器是电源的重要组成部分，人们对其效率、功率密度与可靠性提出了更高的要求。

在科学进步的同时，环境问题受到越来越广泛的关注。低能耗、低污染、高效率的电源已成为今后电源的发展趋势。目前，低压大电流输出DC/DC变换器的效率问题是急需解决的一个问题，即如何降低变换器自身损耗。常规的DC/DC变换器中，开关管工作在硬开关状态，由于开关管并不是理想器件，在开关管开通与关断瞬间，开关管两端的电压与流过开关管电流的变换不能瞬时完成，而是需要一个渐变过程，从零上升到稳态值，或者由稳态值下降至零。在这个变化过程中，开关管两端的电压与电流同时存在，那么此阶段就会有损耗的存在，这就是开关管的硬开关。由于开关管开关时存在开关损耗，随着开关频率的提高，单位时间内开关管开通与关断的次数就越多，由此引起的开通与关断损耗也就越多，开关损耗将会越严重。这与电源的发展方向高效率、高频率相矛盾。而且在硬开关状态时，开关管的电压、电流突变，其电压电流变化率非常高，这会对电路本身与周围设备产生强烈的噪声干扰【2】。

与硬开关相对应的就是软开关。所谓的软开关指的是零电压开关或者零电流开关。其基本的原理是通过电路中的电感与电容（利用自身寄生参数或者增加电感和电容）谐振，使开关管在开通前开关管端电压降至零，以实现其零电压开通，或者使开关管在关断前流过开关管的电流降至零，以实现其电流关断。软开关消除了硬开关存在的电压和电流重叠，因此消除了开关损耗。采用软开关技术后，可以大大提高变换器的开关频率而不用担心因此带来的开关损耗，解决了频率与效率之间的矛盾。这有助于减小变换器的体积，改善变换器的功率密度。

目前的电源产业竞争日益激烈，设计电源时应该从实际需求出发，选择合理的电路结构，在不增加成本的基础上，尽量采用软开关技术。DC/DC变换器发展至今，已有各种拓扑结构的软开关变换电路，每一种拓扑都有其适用场合。如移相全桥就适合于中大功率的场合，半桥结构适合于中小功率场合。目前对中小功率的低压大电流输出DC/DC变换器的研究比较热门，半桥电路相对于全桥电路电路更有成本优势【3】，选择半桥电路为低压大电流输出DC/DC变换器的拓扑结构。

1.2 不对称半桥概述

传统的半桥电路拓扑结构简单，上下两管占空比一样，适合高电压输入中小功率场合，