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基于DSP的移相全桥ZVS变换器的研究

王晓佳  
【摘要】:随着电力电子技术的发展,开关电源已经代替线性电源迅速普及到各个应用领域,高效、高功率密度、高频化、小型化是开关电源最大的优点,但电磁干扰也是开关电源带来的一个新问题,采用软开关技术的开关电源可以使开关管实现零电压开通(ZVS)或者零电流关断(ZCS),显著提高电源效率,减小电磁干扰。而在所有软开关电路中,移相全桥变换器凭借其结构简单、控制方便,而且不增加开关应力的特点,成为中大功率领域广泛运用的一种拓扑。 本文以移相全桥ZVS变换器(PS-FB-ZVS)为研究对象,研究了该类变换器本身固有的几个缺点以及必须考虑的关键问题,并针对这些问题研究了几种较为常用且实用的改进拓扑。本文基于Buck变换器小信号模型对移相全桥ZVS变换器进行建模,根据系统的动态响应要求采用极点配置法设计PI控制器,通过仿真观察闭环系统的开环传递函数波特图以及突加、突减负载的动态响应,仿真、实验结果与理论分析吻合,其响应速度和稳态精度均符合设计要求。本文基于DSP设计了数字控制系统,在数字控制器中采用了Bang-Bang控制器与PI控制器相结合的新型控制方法。结合DSP驱动脉冲的生成特点,实现了一种最简单产生PWM移相脉冲的方法,无须任何外围器件的合成,简单方便且行之有效。 本文还着重研究了在中大功率领域采用多脉波整流进行功率因数校正的工作原理,并在自耦变压器产生常规12脉波整流电路的基础上研究了一种直流纹波重注入技术,它可以产生12脉波的倍数脉波,本文采用这种技术得到了24脉波整流效果。实验证明,用该方法进行功率因数校正得到的网侧输入电流THD小,功率因数高。 本文所有实验在一台20kW实验样机上实现,实验结果证明本系统很好的实现了超前桥臂和滞后桥臂开关管的ZVS,提高了效率,动态响应良好,变压器副边整流二极管振荡抑制较好,输出电压稳定,纹波较小。


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