论文部分内容阅读
随着半导体器件(主要是有源开关器件)技术的不断发展,PWM(脉宽调制)变换器所能达到的开关工作频率越来越高,使得变换器(主要是变换器中的高频变压器、电感等磁性元件和电容)的体积和重量越来越小,这有利于PWM变换器的设计及推广应用。此外,提高开关频率还能降低PWM变换器的音频噪声,改善其动态响应。 然而,常规的PWM功率变换技术是一种硬开关技术,即有源开关器件在电压不为零时被强迫开通,在电流不为零时被强迫关断。这样,随着开关频率的提高,有源开关器件的损耗将迅速增大,电路效率降低,使变换器处理功率的能力下降,还会产生严重的电磁干扰(EMI)。具体而言,硬开关工作的PWM变换器存在着开通关断损耗、感性关断、容性开通、二极管反向恢复等方面的问题。 为解决PWM变换器的以上问题,软开关技术是目前应用的主要方法,它一般分为有源软开关技术和无源软开关技术两大类型,其中无源软开关技术又可以分为有损耗的无源软开关(即一般的RC吸收电路)技术和无源无损软开关(以下简称PLSS,Passive Lossless Soft-Switching)技术两种。 本文主要研究PLSS技术在PWM功率变换器中的应用。在综合、分析已有的各种PLSS-PWM变换器电路拓扑的基础上,本文重点提出了一种PLSS全桥逆变器拓扑,并对之进行了全面的理论和仿真研究,最后对这个新型PLSS全桥逆变器进行了实验验证。本文所取得的主要结论和成果如下: 1)提出了一种新型的PLSS全桥逆变器拓扑,并分析了该电路的工作原理和过程。理论分析显示,此电路可以实现有源开关器件的软开关,并且零电压电容上的能量直接回馈给负载,而同类电路中,零电压电容上的能量回馈一般要经过多次谐振过程,因此所提出的新型PLSS全桥逆变器原理简单,效率较高。这种新型PLSS全桥逆变器只在原电路基础上增加了8个无源元件,根据作者阅读过的有关研究文献判断,这是目前的PLSS全桥逆变器拓扑中元件较少的电路之一。 2)分析并得出了此新型PLSS全桥逆变器的软开关工作条件:当电源电压、负载电流和死区时间满足一定关系时,可以实现零电压电容的完全复位,从而实现有源开关器件的零电压关断;如果不能满足,则此新型PLSS全桥逆变器不能实现开关器件的零电压关断,但是仍然可以实现其零电流开通。 3)对所提出的新型PLSS全桥逆变器电路进行了仿真验证。仿真结果表明,在满足软开关工作条件时,这种新型PLSS全桥逆变器能实现桥臂所有有源开关器件的零电流开通与零电压关断。重庆大学硕士学位论文中文摘要 4)在理论和仿真分析的基础上,对所提出的PLSS全桥逆变器进行了实验研究。实验结果表明,在电路的软开关工作范围内,可以实现有源开关器件的软开关,并且不影响原电路的控制策略,前面部分对此PLSS全桥逆变器进行的理论研究和仿真分析是正确的。 5)分析了一种PLSS一Boost变换器。对这个PLSS一Boost变换器的工作原理和过程进行了分析,推导了电路中各主要电气变量在各工作阶段的表达式,并给出了它们的理论波形和仿真波形。理论分析和仿真结果表明,这个PLSS一Boost变换器可以实现有源开关器件的零电流开通和零电压关断,并且不影响原变换器的控制策略。