基于全橋移相的雙極性輸出dc-dc變換器的研究畢業設計含開題報告、外文翻譯-資料下載頁

　　

【正文】 d ZeroCurrent –Switching Full2bridge PWM Converter [ C ].IEEE Conf. 2003: 10881092.[14] V．Vlatkovic，J．A．Sabate．Small—signal analysis of the phaseshifted PWM converter[J]．IEEETrans．Power Electron，1992，7：128135．[15] Si Chao，Meng Zhiqiang,，Chen Yandong，Development of a softswitching power supply for ozone generation based on phaseshifted control. .[16] 郝振宇, 37(1).[17] ,26(1). 77致謝 致謝首先，特別感謝我的指導教師張純江老師。本文中課題的分析、研究等重要環節都是在張純江老師的悉心指導和關懷下完成的。在大四半年的畢業設計過程中，張純江老師為我們提供了一個良好的學習環境，同時導師嚴謹的治學態度，廣博的知識和踏踏實實的工作作風充分體現了師者風范，導師的悉心培養、不倦教誨將使我受益終生。借此機會，再次向張純江老師致以最衷心的感謝。其次，特別感謝碩士研究生王柳學姐。她對我的畢業設計給予了極大的幫助，在開題、搜集參考資料方面主動地幫助我。無論是從研究方法還是研究內容都給予了耐心的指導。再次，感謝在本科四年級后半年中，幫助過我的老師和同學們，他們在我畢業設計仿真和論文寫作的過程中，為我提供了很多支持和幫助。他們的樂于助人使我一次又一次地解決難題，才能讓我非常順利的完成這次畢業設計。最后，需要感謝的是我的家人，在我的求學生涯中，是他們一如既往的支持和鼓勵著我，給我勇往直前的動力和勇氣，在此衷心祝福他們身體健康，萬事如意。附錄1 附錄1 燕 山 大 學本科畢業設計（論文）開題報告課題名稱：基于全橋移相的雙極性輸出DC/DC變換器研究學院（系）： 里仁學院 年級專業： 應電084 學生姓名： 王金彪 指導教師： 張純江 完成日期： 2012年3月19日 一、綜述本課題國內外研究動態，說明選題的依據和意義 20世紀70年代以來，鑒于常規能源供給的有限性和環境保護壓力的劇增，世界上許多國家掀起了開發以太陽能為代表的可再生能源的熱潮。1973年，美國制定了政府級的陽光發電計劃，1980年又正式將光伏發電列入公共電力規劃，日本、德國、歐共體等也紛紛制定相應的發展計劃。而我國自“六五”以來，一直把研究開發太陽能等可再生能源技術列入國家科技攻關計劃，大大推動了我國太陽能技術和產業的發展。光伏產業的發展也要求與其相關的電力電子技術同步發展，以解決光伏發電中的一些問題。在光伏發電中，光伏電池的輸出是單極性的直流電，而后級逆變器的輸入需要雙極性的直流電。這就要求將單極性輸出的直流電變換為雙極性輸出的直流電。高頻化條件下減少開關損耗的有效途徑是采用軟開關技術,同樣軟開關技術還可以顯著減少開關過程中激起的振蕩,可大幅地提高開關頻率,更好地實現開關電源小型化、高效率的優點。移相控制方式時自20世紀80年代以來在全橋變換電路中廣泛應用的一種軟開關控制方式。實際上，在20世紀80年代初，我國科學家研究員方資端在美國完成一項逆變器研究課題是，已經實現了3kW，150kHz，移相控制DC/AC全橋變換器模塊，應用了類似原理，提高了效率。移相全橋PWM DC/DC變換器開關管工作在零電壓開關或零電流開關方式時，具有開關應力小、開關損耗小、工作頻率高等特點，廣泛用于高輸入電壓、大功率的直流變換場合。移相全橋電路作為目前應用最廣泛的軟開關電路之一，它的特點是電路很簡單，同硬開關相比，并沒有增加輔助開關等原件，而是僅僅增加了一個諧振電感，就是電路中四個開關期間都在零電壓的條件下開通。因此，設計一個基于全橋移相的雙極性輸出的 DC/DC變換器就可以很好地解決光伏電池輸出從單極性到雙極性的變換問題。二、研究的基本內容，擬解決的主要問題 研究內容為:將200V~300V的直流電變換為177。425V的雙極性直流電。設計全橋移相主電路和控制系統，建立數學模型，設計PI調節器參數，實現閉環控制保證輸出電壓穩定。，利用仿真工具優化系統參數；主電路功率器件實現軟開關。177。425V輸出，進行系統閉環仿真。在一個開關周期中，移相控制ZVSPWM DC／DC全橋變換器有12種開關狀態。在分析之前，作出如下假設：所有開關管，二極管為理想器件，所有電容，電感和變壓器為理想元件。各開關狀態的工作情況描述如下：(1)開關模態0,在t0時刻，Q1,Q4導通。原邊電流由電源正經由Q1,諧振電感,變壓器原邊繞組以及Q4，最后回到電源負。副邊電流回路是：副邊繞組的正端，經整流管D5，輸出濾波電感L，輸出濾波電容C與負載R，回到副邊繞組的負端。(2)開關模態1,[t0,t1]，在t0時刻關斷Q1，原邊電流從Q1中轉移到C3和C1支路中，給C1充電，同時C3放電。由于有C3和C1，Q1是零電壓關斷。當C的電壓下降到零，Q3的反并聯二極管D3自然導通。從而結束該模態。(3) 開關模態2,[tl,t2],D3開通后,開通Q3。雖然Q3被開通，但Q3并沒有電流通過，原邊電流由D3流過。由于是在D3導通時開通Q3，所以Q3是零電壓開通。(4) 開關模態3，[t2，t3]，t2時關斷Q2。原邊電流由C4，C2兩條途徑提供，即原邊電流Ip用來抽走C4上的電荷，同時又給C2充電。由于C2和C4的存在，Q2是零電壓關斷。此時VAB=VC2，VAB的極性自零變為負，變壓器副邊繞組電勢下正上負，整流二極管D6導通。整流管D5，D6同時導通，將變壓器副邊繞組短接，這樣變壓器副邊繞組電壓為零，原邊繞組電壓也為零，VAB直接加到諧振電感上。(5) 開關模態4,[t3,t4],在t3時刻，D4自然導通，將Q4的電壓箝在零位，此時開通Q4，Q4是零電壓開通。雖然此時Q4已經開通，但Q4不流過電流，原邊電流從D4流通。原邊諧振電感的儲能回饋給輸入電源。由于副邊兩個整流管同時導通，因此變壓器副邊繞組的電壓為零，這樣電源電壓V1加在諧振電感的兩端，原邊電流線性下降。當原邊電流從Ip(t4)降到零，二極管D4和D自然關斷，S3，S4中將流過電流。(6) 開關模態5,[t4,t5],原邊電流由正值過零，并且向負方向增加，此時Q3，Q4為原邊電流提供通路。由于原邊電流還不足以提供負載電流，負載電流還是由兩個整流管提供回路，因此原邊電流還是為零，加在諧振電感兩端電壓是電源電壓V1，原邊電流反向增加。到t5時刻，原邊電流達到折算到原邊的負載電流值時，該開關模態結束。(7) 開關模態6,[t5,t6],在這段時間里，電源給負載供電，原邊電流增加。在t6時刻，Q3關斷，移相全橋變換器開始另半個周期的工作，其工作過程類似于上述的半個周期，這就是移相全橋ZVS變換器的工作過程。當移相全橋應用于本課題時需要解決的幾個問題有:。2. 全橋變換器因功率管的不一致性以及驅動電路的分散性， 容易使高頻變壓器原邊的正負脈沖電壓不對稱，產生直流偏磁，若不采取措施加以抑制，長時間工作，變壓器磁芯會飽和，使功率開關管損壞。所以，必須解決直流偏磁的問題。這幾個問題會在下一節給出解決方案。三、研究步驟、方法及措施 ，研究基于全橋移相的雙極性輸出DC/DC變換器的結構原理，了解其發展現狀。，主功率開關器件實現軟開關；建立起數學模型；選擇適當的調節器，通過計算初步確定主電路和調節器參數。，結合仿真結果優化系統參數。對于上一節提到的問題，初步的解決方案是：，保證滯后橋臂實現ZVS的同時，副邊占空比丟失最小，但是這種方法需合理的選擇、設計飽和電感，增加了電路設計的復雜性。，在變壓器原邊串聯一無極性的電容，濾除引起變壓器直流偏磁的直流電壓，從而達到抑制直流偏磁的目的。，設計為全橋整流，并且將變壓器設計為副邊帶中間抽頭的變壓器，具體結構參見圖2. 。四、研究工作進度 第12周 畢業設計初期工作第3周 畢業設計前期 閱讀文獻，收集資料。確立初步設計方案。第4周 開題考核 完成開題報告和文獻綜述第59周 畢業設計中期 完善設計方案，翻譯外文資料，撰寫論文初稿。第10周 中期考核第1115周 畢業設計后期 完成畢業設計撰寫論文。第16周 論文評審第17周 論文答辯六、指導教師意見 指導教師簽字： 年 月 日七、系級教學單位審核意見：審查結果： □ 通過 □ 完善后通過 □ 未通過 負責人簽字： 年 月 日附錄2 附錄2燕 山 大 學本科畢業設計（論文）文獻綜述 課題名稱： 基于全橋移相的雙極性輸出DC/DC變換器研究學院（系）： 里仁學院 年級專業： 應電084 學生姓名： 王金彪 指導教師： 張純江 完成日期： 2012年3月19日 一、課題國內外現狀從20世紀90年代中期，ZVS移相全橋軟開關技術已廣泛地應用于中、大功率電源領域。目前國內外對PS FB ZVS PWMDC/DC變換器的研究多集中在如何改善變換器性能的研究上，如減小占空比丟失，減小電路的環流損耗，提高變換器的效率，增大輸入電壓和負載變化范圍等，對實際應用中帶隔直電容的變換器的工作過程及隔直電容對變換器性能的影響，具體分析很少，相關的理論設計依據也不夠完整。二、研究主要成果 PS FB ZVS PWM DC/DC變換器開關管工作在ZVS方式，適用于高頻、大功率、開關器件采用MOSFET的應用場合。但是這類變換器存在一些問題，如續流階段原邊電流較大，開關管通態損耗增大；滯后橋臂在輕載時難以實現ZVS，限制了變換器的負載變化范圍；副邊占空比丟失等問題。為此，有研究者提出了用增加勵磁電流的方法來實現滯后橋臂ZVS，增大負載變化范圍。但是該方法增大了原邊電流值，使得開關管通態損耗和變壓器損耗增大。又有人提出用飽和電感代替線性的諧振電感，保證滯后橋臂實現ZVS的同時，使副邊占空比丟失最小，但是這種方法需合理的選擇、設計飽和電感，增加了電路設計的復雜性。為了提高副邊有效占空比，在負載、輸入電壓大范圍變化時保證滯后橋臂開關管的ZVS條件，又產生了增加輔助電路的方案，但仍不能很好的解決副邊占空比丟失和滯后橋臂開關管實現ZVS相矛盾的問題，且增加了電路的復雜性。阮新波，嚴仰光等基于電流增強原理，提出在滯后橋臂并聯輔助網絡，在滯后橋臂開關管換流過程中，使原邊電流和輔助電路電流同時流入或流出滯后橋臂中點，可以在任意負載實現滯后橋臂的ZVS，大大提高了副邊有效占空比。上述方法都是從電路結構出發，提出改善變換器性能的各種方法。三、發展趨勢： 移相控制方式是自80年代末以來在全橋變換電路中廣泛應用的一種軟開關控制方式。實際上，在20世紀80年代初，我國科學家研究員方資端在美國完成一項逆變器研究課題時，已實現了3kW，150kHz，移相控制DC．AC全橋變換器模塊，應用了類似原理，提高了模塊效率，但當時沒有軟開關技術的概念。全橋變換器多用在中大功率場合，其控制方式較多，大概可以分為三種：一種為常規的脈寬調制(PWM)控制方式，又稱為雙極性控制方式；還有一種為有限雙極性控制方式，最后一種為移(phase．shiftedcontr01)PWM控制方式。其中，移相PWM控制方式結合了諧振變換技術與常規PWM變換技術，是目前研究應用較多的一種控制方式。總結國內外研究成果，移相全橋變換器的發展趨勢有：。，滿足高性能變換器對快速性、可靠性和實時控制性的要求。四、存在問題移相全橋變換器在MOSFET的開關速度不太理想時，對變換器效率的提升起了很大作用，但也存在一些問題。其一，增加一個諧振電感，導致的體積與損耗增大，并且諧振電感的電氣參數需要保持一致性，這在制造過程中是比較難控制的。其二是輕載時難以實現ZVS，使得它不適合應用于負載大范圍變化的場合。五、主要參考文獻 [1] 王兆安,(第四版).機械工業出版社,2000:170178．[2] (第3版)機械工業出版社,2003:5976.[3] （第2版）電子工業出版社，2010:122150.[4] 阮新波,1999:2240[5] 張占松,:電子工業出版社,1998．[6] 許會軍,(1).[7] (1).[8] ,28(3)..[9] 邱爽,(4).[10] 阮新波, DC/,15(2).[11] Sabate J A。Vlatkovic V Design considerations for highvoltage, high power fullbridge zerovoltageswitched PWM converter.[12] S