基于辅助回路的零电流软开关全桥变换器的研究

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随着电力电子技术飞速发展,大功率直流变换技术越发起着至关重要的作用。全桥变换器具有拓扑结构简单、控制简单、高效率的优点,广泛应用在电力供应、可再生能源、储能系统、电动汽车牵引系统等大功率场合,因此研究全桥变换器具有重要意义。近年来学者提出软开关全桥变换器,以实现开关电源系统的小型化、轻型化、高频化。本文基于全桥变换器及其软开关技术的广泛研究,重点分析了典型拓扑的软开关实现方式以及不同方式所带来的问题。对全桥直流变换器的软开关实现方法进行分类和总结。针对现有的零电流开关全桥变换器存在的辅助回路复杂、环流损耗大以及电压电流应力大的问题,本文提出一种新型的基于有源辅助回路的零电流软开关全桥直流变换器及其调制策略。本文提出的这种新型的基于有源辅助回路的零电流开关(zero-current switching,ZCS)全桥(full bridge,HB)DC/DC变换器,与现有的ZCS HB DC/DC变换器相比,辅助回路简单。利用有源开关管的辅助调制信号及谐振电感与辅助谐振电容的谐振作用,实现了主开关管的零电流开通(ZCS)、零电压零电流关断(zero-voltage and zero-current switching,ZVZCS)和辅助开关管的零电压零电流开通(ZVZCS)、零电压关断(zero-voltage switching,ZVS)。该变换器可有效降低一次侧环流损耗,没有增加主开关管的电流应力和整流二极管的电压应力,电流过零时二极管自然关断,没有反向恢复电流和损耗。根据不同工作模式下的等效电路图,分析该变换器的工作原理、稳态特性和软开关条件,给出辅助开关管与主开关管的关断延时时间和谐振元件对变换器开环输出电压以及软开关范围的影响,给出关断延时时间和谐振元件的设计原则,对关键器件进行损耗分析。搭建了Cadence仿真电路与740V/1kW,100kHz的实验样机,对理论分析进行逐一仿真与实验验证,通过仿真与实验结果验证该变换器的有效性。
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