零电流软开关电路的仿真研究

摘? 要 在高频开关电源技术中，提高功率开关的频率可以使电源的体积、重量更小，但是也会使功率开关的功耗增大。解决这一矛盾的方法就是采用软开关技术。谐振变换器（QRC）和PWM变换器或更先进的变换器相比，电路要简单，这也是其低成本的原因。本课题采用电路仿真的方法，研究零电流谐振变换器，设计出了一种较好的ZCS-QRC，它在电路相对简单的前提下具有比较好的减少损耗效果。电路的简单化，不仅降低了经济成本，同时也给电路的维护带来了方便，并且对电路器件生产工艺的要求也比较低，给这种电路的普及和推广带来了较为有利的条件。 在掌握软开关技术的原理和典型电路、熟悉MATLAB的Simulink 环境的基础上，仿真一些典型的拓扑电路，研究结构形式和元件参数对电路性能的影响；然后，对一些比较新型的ZCS电路进行仿真，分析其优缺点，提出改进方案；最后，设计出新的零电流软开关电路，通过仿真分析，不断地改进结构和参数，加以完善。最终设计出了一个零电流软开关电路，电路的各项指标均能满足要求。 关键词：谐振变换器；零电流；软开关；ZCS-QRC?? 目? 录第一章? 绪论??? 11.1课题研究背景??? 11.2软开关技术发展现状??? 21.2.1硬开关技术的局限性??? 21.2.2软开关技术的提出和发展??? 31.3 全桥软开关功率变换器??? 61.4 本课题的研究意义和研究内容??? 7第二章? 零电流开关技术回顾??? 82.1 零电流软开关技术策略比较??? 82.1.1 基于PWM的零电流开关技术??? 82.1.2 对于ZCS-PWM不对称电桥的研究??? 92.1.3 谐振零电流软开关技术的提出??? 102.2谐振零电流软开关电路??? 102.2.1 零电流软开关电路简介??? 102.2.2 零电流软开关(ZCS)电路原理??? 102.3准谐振变换器??? 112.3.1 准谐振变换器简介??? 112.3.2准谐振变换器工作原理??? 12第三章? 零电流软开关技术改进??? 143.1 改进思想??? 143.2改进型ZCS-QRC变换器的原理分析??? 143.2.1 电路的住拓扑结结构分析??? 143.2.2 改进型ZCS-QRC变换器算法??? 153.3 小结??? 19第四章? 零电流软开关电路的仿真??? 204.1仿真环境简介??? 204.2 zcs-pwm电路的设计与仿真??? 214.2.1 仿真电路的设计??? 214.2.2 仿真波形分析??? 224.3 ZCS PWM Buck变换器仿真分析??? 244.3.1? ZCS PWM Buck变换器仿真电路??? 244.3.2仿真结果分析??? 254.4 小结??? 25结束语??? 26致? 谢??? 27参考文献??? 28附录一? ZCS-PWM仿真电路??? 29附录二? ZCS PWM Buck仿真电路??? 30 本课题的研究意义和研究内容 全桥 PWM 变换电路拓扑结构适用于大功率输出，以及电源电压和负载电流变化范围大的场合。其特点是开关频率固定，便于控制。针对传统全桥变换器的不足，本文提出一种改进型的零电流转换全桥变换器。该电路拓扑通过在变压器原边增加一个无损可控谐振网络，控制主电路中开关管开关时的电流，不仅能实现主开关管的零电流关断，还能实现辅助管的零电流关断，很好的解决了传统全桥软开关变换器中的软开关范围窄、副边占空比丢失严重、副边整流二极管的电压应力过高、转换效率较低等不足之处。特别是随着 IGBT 应用越来越广泛，零电流软开关技术在减少具有电流拖尾特性引起的开关损耗更加具有重要的研究意义。本文主要研究内容如下： (1) 综述常用的软开关技术和变换器研究现状，并对各种典型拓扑工作过程进行简要分析，总结不同类型变换器的优缺点，得出零电流转换技术在全桥变换器中的应用相比其它具有很大的优越性。在分析几种零电流软开关变换器的基础之上，提出改进型全桥零电流软开关变换器的改进目标和改进思想。 (2) 设计一种改进型的全桥式零电流转换变换器。该变换器具有控制方法简单，工作原理清晰，零电流开关实现方便，软开关实现负载范围大等优点。对改进型变换器的工作原理进行具体分析，并对零电流开关的实现条件做定量计算，推导相关的约束条件，具有较强的理论基础。 (3) 基于对改进型变换器基本工作原理的分析，应用状态空间平均法，结合移相控制方式和软开关谐振电路的工作特点，建立全桥 ZCT PWM DC/DC 变换器的小信号模型。利用建立的小信号数学模型，推导传递函数，设计双零点双极点补偿网络，从而有效提高系统动态和稳态性能。