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软开关PWM Boost型全桥变换器的研究

周林泉  
【摘要】: 根据结构不同,全桥变换器可分为Buck型和Boost型两类。在过去的几十年中,Buck型全桥变换器的软开关技术得到了系统而深入的研究,并得到了广泛应用。关于Boost型全桥变换器的软开关技术研究相对较少。 Buck型全桥变换器在高输出电压应用场合,其输出滤波电感需要承受较高的电压,使得制造工艺复杂;在多路输出时,交错调节能力差。另外,其变压器易出现磁不平衡现象,输出整流二极管存在反向恢复等。Boost型全桥变换器克服了Buck型全桥变换器的上述缺点,它可以作为大功率电源的单级PFC电路,多路输出电路,电动车的充电器及在分布式电源系统中作为前级变换器等。因此研究Boost型全桥变换器的软开关技术具有重要的理论意义和重要的实用价值。 PWM与谐振技术结合起来,既可实现变换器的恒频控制,又可实现变换器的软开关,从而可以大大提高变换器的效率,减小变换器的体积,实现变换器的高功率密度。本文从Boost型全桥变换器的基本电路结构出发,提出了一族PWM控制策略。针对这些控制策略,讨论了它们实现开关管软开关的可能性。分析表明,要实现开关管的软开关,必须使全桥逆变桥中斜对角的两只开关管错开开通,先开通的开关管称为超前管,后开通的开关管称为滞后管。论文分别讨论了超前管和滞后管的软开关实现方式,指出超前管只能实现零电流开关(Zero-Current-Switching, ZCS),滞后管既可实现ZCS,又可实现零电压开关(Zero-Voltage-Switching, ZVS)。从而将PWM Boost型全桥变换器的软开关技术归纳为ZCS和ZCZVS两类,并提出了一种新型ZCZVS PWM Boost型全桥变换器。 对偶原理是一种重要的电路分析方法,被证明是电力电子技术发展新的变换器的强大工具,可以帮助我们更好地理解各种变换器之间的关系。本文通过两种常用的对偶方法——打点法和双向变换法,对ZVS PWM Buck型全桥变换器、ZVZCS PWM Buck型全桥变换器和加钳位二极管的ZVS PWM Buck型全桥变换器等三种Buck型全桥变换器进行了对偶研究,从而分别得到了它们的对偶电路,即ZCS PWM Boost型全桥变换器、ZCZVS PWM Boost型全桥变换器和副边加钳位开关管的ZCS PWM Boost型全桥变换器,并对各对偶电路作了详


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