移相全桥ZVS变换器及其数字控制技术研究

论文摘要

本文进行的是关于移相全桥零电压开关(ZVS)变换器及其数字控制技术方面的研究。全文围绕移相全桥ZVS变换器的工作原理、软开关实现、数字控制技术以及整流桥寄生振荡的抑制等关键问题进行了详细理论分析、仿真和实验验证。移相全桥ZVS变换器作为一种具有优良性能的移相全桥变换器,其两个桥臂的开关管都在零电压软开关条件下运行,开关损耗小,而且结构简单、控制也简单,顺应了直流电源小型化、高频化的发展趋势,因此在中大功率DC/DC变换场合得到了广泛研究和应用。但是,在研究和使用过程中,也发现移相全桥ZVS变换器存在诸如副边占空比丢失和整流桥寄生振荡等问题。本文重点分析了其软开关的实现过程以及这些关键问题的产生原因,比较得出了相应的合适解决方案。文中就选取的一种可以抑制整流桥寄生振荡的移相全桥ZVS变换器拓扑首次进行了详细合理的分析,进而进行了主要元器件的参数设计,并利用OrCAD/PSpice软件对主电路进行了仿真研究。另一方面,随着微处理器的出现和发展,电力电子变换器的控制技术从传统的模拟控制转向数字控制已经成为一个趋势。数字控制技术可使控制电路大为简化,并能提高系统的抗干扰能力、控制灵活性、通用性以及智能化程度。因而,本文在对电路进行状态空间和小信号模型分析的基础上,利用一种积分分离变参数数字PI算法,实现了以DSP芯片TMS320F240为核心的数字控制技术方案。文章最后在一个5.5kW的样机上进行的相关实验结果表明:主电路参数设计合理,电路成功实现了ZVS,满足了系统性能要求;整流桥寄生振荡等关键问题的解决方案是合适的、有效的;数字控制软件工作正常,实现了所有功能。因而,验证了电路设计和控制方案的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 DC/DC变换技术的研究和应用
• 1.3 移相全桥变换器的软开关技术概述
• 1.4 移相全桥变换器的控制技术
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 移相全桥ZVS变换器基本原理与关键问题研究
• 2.1 基本拓扑结构及工作原理
• 2.2 几个关键问题研究
• 2.3 本章小结
• 3 主电路设计与仿真分析
• 3.1 主电路拓扑工作原理分析
• 3.2 主电路元器件选择与参数设计
• 3.3 PSpice仿真分析
• 3.4 本章小结
• 4 移相全桥ZVS变换器建模分析与数字控制技术
• 4.1 移相全桥ZVS变换器小信号模型建立与分析
• 4.2 移相全桥变换器数字控制方案
• 4.3 本章小结
• 5 实验及结果分析
• 5.1 实验样机参数
• 5.2 基本实验波形和分析
• 5.3 整流桥寄生振荡抑制效果实验
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录