改进型PWM-ZVS半桥DC-DC变换器的研究

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随着电力电子技术的迅速发展PWM型DC-DC变换器的应用也日益广泛,如今,高性能、高效率、小型化和轻量化越来越成为各类PWM型DC-DC变换器追求的目标。软开关技术是电力电子装置,特别是直流变换装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术。 半桥拓扑由于其结构简单,而广泛的应用于中小功率开关电源中。一般的半桥拓扑分为对称半桥与不对称半桥两种。但这两种拓扑都存在很大局限性:对称半桥的原边开关工作在硬开关条件下,而且在主开关都关断时间内存在由开关管结电容和变压器漏感所形成的振荡;不对称半桥是由对称半桥变换而来,结构更简单,也能实现软开关,但由于开关管的互补导通,使得各开关的电流、电压应力不一致,开关损耗更大,而且变压器原边存在直流偏磁,不适合在输入电压范围较宽的场合。 针对上述缺点,本文对一种采用改进PWM控制方法的隔离型半桥变换器进行了深入研究。与传统半桥电路相比,改进PWM控制ZVS半桥变换器增加了一个由辅助开关管和一个二极管组成的支路。主开关管工作在对称状态,这使得各开关管电压、电流应力一致,并消除了直流偏磁,而且能很好实现软开关。辅助开关管为主开关管实现ZVS创造了条件,同时辅助开关管在主开关管关闭期间实现ZCS导通,大大减轻了变压器漏感和主开关管结电容之间的振荡。并且此拓扑适合在输入电压范围较宽的场合中使用。 本文详细分析了该变换器的工作原理,并对电路的试验参数进行了设计,重点是磁性元件的设计。然后根据设计出的试验参数,对电路的软开关进行了仿真分析。最后本论文为了验证所提出的电路拓扑的优越性进行了试验研究工作,制作了样机,考察了变换器在不同负载下的输出特性和软开关情况,并对得到的试验波形进行了详细的分析。仿真和实验研究表明该变换器具有优良的性能。
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