一种软开关直流脉冲电源的研究
DCAC三相软开关PWM逆变器的研究
DC/AC三相软开关PWM逆变器的研究1 引言常规的pwm逆变电路, 由于电力电子开关器件在大电压下导通，大电流下关断，处于强迫开关过程，因而存在开关损耗大，工作频率低、体积大及电磁干扰严重等缺点。
而软开关技术利用电感、电容谐振，为开关器件创造零电压、零电流的开关条件, 使器件在开通关断的过程中，电流和电压的重叠区域减小, 电流和电压的变化率减小, 有效地降低了电磁干扰，并且可使逆变器工作在较高频率下, 减小输出滤波电压电容的体积, 从而可减小整个装置的体积，提高性能。
谐振电路的形式种类很多，本次研究采用了直流环节逆变电路的形式。
并将pwm调制技术与软开关技术相结合，利用单片机和大规模pwm集成芯片，设计了一个用于异步电机驱动的三相spwm调制型的开环vvvf控制的软开关逆变器电路的控制方案，对几个关键性电路的工作原理作了较为详细的分析说明，给出了部分实际电路形式和运行结果。
2 直流环节谐振主电路直流谐振电路如图1所示。
图1 谐波直流环节主电路其中直流谐振环节的开关元件由三相逆变桥的6个开关代替。
通过同时导通同一桥臂的两个开关来短接直流电路，所以这里的开关元件成为一个等效元件。
它的工作原理为:在直流电源与三相逆变电路之间接谐振元件的电感和电容，形成谐振槽路。
这样输入逆变桥的电压不再是直流电压，而是变为频率较高的谐振脉冲电压，它周期性地在谐振峰值与零电压之间振荡，从而产生零电压时间间隔，为三相逆变桥创造出零电压通断条件。
简化后的谐振直流电路如图2所示。
电路工作分两个阶段:图2 rdcli等效电路模型第一阶段:开关sr接通，电容两端电压为零，直流电源对电感进行预充电，近似的按线性规律增加。
结束时，其中为保证谐振正常进行的阈值电流，这段时间为。
第二阶段:开关sr断开，电容两端电压开始增加，电路进行谐振。
当电容电压再次过零点时，一个谐振周期结束。
开关sr再次接通，进入下一个周期。
通过分析可得出谐振电流电压方程为:式中，这种电路的主要特性是:拓扑结构简单，控制策略相对来说容易实现;但谐振峰值电压较高，是直流侧供电压的两倍，逆变桥中的开关器件需承受2～3倍的直流母线供电电压。
直流开关电源的软开关技术
ILmax
T’ T’off
Vo DD D1D Vin D
D2
2IoLf
Vo Vin
1
1 Vin
电感电流断续工作时，输出电压Vo、输入电压Vin、负载电流
Io和占空比D的关系。由此可知，电流断续时，即使输入电压
Vin不变时，为了保持输出电压Vo恒定，也应随负载电流的不
同来调节占空比D。
1. 直流变换器的分类
（1）根据输入与输出间是否有电气隔离
① 非隔离式直流变换器
•
单管直流变换器
降压式（Buck) 、升压式（Boost) 、升压式 / 降压式（Buck/ Boost ) 、Cuk 、Zeta 、
Sepic
在六种单管变换器中，降压式和升压式变换器是最基础的，另外四种是从中派生出来的。
D
工作模式：连续、临界、非连续
9
一、直流开关电源的基本电路拓扑
ILmax
Io
ILmin
ILmax
Io
VoDVin
D T on T
Ii IoD
Io
IL
I min
L max
2
10
一、直流开关电源的基本电路拓扑
ILmax
T’ T’off
Vo D D1D Vin DD
Io
消化原理、理解过程、掌握分析方法 • 教材：《直流开关电源的软开关技术》阮新波等主编
2
课时要求 • 本课总学时：32学时，每次3学时 • 成绩评定：试卷80分；平时成绩20分 • 平时成绩包括：讨论、出勤率等
3
讲课主要内容
• 1.直流开关电源的基本电路拓扑 • 2.谐振变换器 • 3.准谐振变换器 • 4.多谐振变换器 • 5. ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器 • 6.零电压转换（ZVT）PWM变换器 • 7.零电流转换（ZCT）PWM变换器 • 8.正激变换器的磁复位技术 • 9.移相控制ZCS ZVS PWM DC/DC全桥变换器 • 10.移相控制ZCS PWM DC/DC全桥变换器 • 11.现代软开关电源应用设计举例
一种软开关高功率因数直流电源的设计
复杂 化 。
为 四个模 态 ： 模 态 ｌ主开 关 管 Ｑ 处 于 导通 状 态 ， 流 二 极 ： 整 管 Ｄ 通 、 。截 止 ，变 压 器原 边 电流 ｉ升 高 ， 。导 Ｄ： ｐ 能 量 由原 边传 递 到负 载 。 模态 ２Ｑ 关断 ， ： 原边 电流 给 ｃ 充 电 ， 电。 Ｃ放 当 ｃ 两端 电压上 升 到 Ｖ 后 ， 。截 止 、。导 通 ， Ｄ Ｄ 变
２１ 年 第 ３ ０１ ３卷 第 ３期 第 ３ ０页
电 气 传 动 自 动 化 Ｅ Ｅ Ｔ Ｉ Ｉ Ｅ Ａ ＯＭＡＴ ＯＮ Ｌ Ｃ Ｒ Ｃ ＤＲ Ｖ ＵＴ Ｉ
Ｖ １３Ｎ ． ｏ． ， ｏ３ ３ ２ １ ，３ ３）３ ～ ２ ０ １ ３ （ ：０ ３
文章编号 ：０ ５ ２ ７ ２ １ ）３ ０ ｏ ＿ ３ １０ ｎ７ ７ （０ ０ —０ ３ － ０ １
中图分类号 ： Ｍ４ Ｔ ６ 文献标识码 ：Ｂ
Ｄｅ ｉ ｆａ ｓ ｆ － ｗｉｃ ｎｇ ＤＣ ｗｅ ｕ ｓｇｎ ｏ ｏ ｔ ｓ ｔ ｈｉ ｐｏ ｒｓ ｐｐｌ ｔ ｉ ｈ ｐｏ ｒ ｆ ｃ ｏ ｙ ｗｉｈ ｈ ｇ ｗｅ ａ ｔ ｒ
Ｙ ＡＮＧ ｎ － ｏ ｇ Ｘｉ ｇ ｌ ｎ
率 基于Ｐ ＣＰ …； Ｆ ／ＷＭ复合控制芯片 ， 设计控制 电 路， 简化控 制系统 。本文介绍 了电路 的工作原理 ，
并研 制 了一 台实验 样 机 ， 得 了满 意 的效 果 。 获
ｃ 充 电。 Ｄ 导通期间， 箝位开关管 Ｑ 可实现零电
压 开通 。
模态 ３ Ｑ 零 电压开通 后 ，箝位 电容 ｃ 与变 ： 压器励磁 电感构成 谐振 回路 ， 减 小到零并 反 向 ｉ
一种软开关直流脉冲电源的研究
行性 。
关 键 词 ：直 流 脉 冲 电源 ； 开 关 ； Ｃ 网络 软 Ｒ 中图分类号 ： ＴＮ７ Ｎ８ ８Ｔ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
文章编 号 ：０ ９３ ６ （ ０ ６ ０ —０ ７０ １ ０ —６ ４ ２ ０ ） ３０ １ —３
一
种 软 开 关 直 流 脉 冲 电源 的研 究
姬 军鹏 ， 廖荣辉 （ 西安理工大学 自动化与信息工程学 院 ， 陕西 西安 ７ ０ ４ ） １ ０８
摘 要 ： 冲电源的形式和用途有 多种 ， 脉 文章研 究 了一种软开 关直流脉 冲 电源， 开关管可 以实现 零 电流 开通 、 电压 主 零
③ 负载 为阻感 负 载 （ 电感 ， 小 即负 载 电 流 断续 ） 。主 电 路是 工 作模态 见 图 ２所 示 。
， 一 Ｑｌ 源自● ［］ Ｉ ［＝ ＝
ｆａ ｌｄ ０
●
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Ｉ［二二 仁
ｌｒ ｌ
ｌ 二
ＵＥ Ｆ ｖＱＩ
１ 软开关直流脉冲 电源工作原 理
脉 冲 电源 的形 式 和 用 途 有 多 种 ， 主 要 的应 用 领 其 域包 括 ： 脉冲 电镀 、 性 相 和 非 极 性相 的相 分 离 、 业 极 工 废气 处理 、 冲 电解 污水 处 理 、 脉 高频 脉 冲感 应 加 热 、 高 功率 激光 泵 、 产生 高 功率 带 电粒 子 束 、 电弧 焊 接 、 电火 花加 工 、 电除尘 、 氧 的制取 和表 面热 处理 等 。在军 静 臭 事上 ， 冲 电源还 用 于 电磁 轨 道 炮 、 脉 电磁 脉 冲模 拟 、 粒 子 束武 器 、 电爆 炸 等领域 。不 同的应 用场 合 ， 电源 液 对 的输 出电压 、 出 电流及 开关 频率 的要 求不 同 。 输 本 文研 究 了一种 软开 关直 流脉 冲 电源 。 电源 的直 流输 入 是三 相可 控整 流得 到 的满足 设计 要求 的 直流 电 压， 再经 过 高频斩 波 电路 得 到一 定 开 关 频 率 的直 流脉 冲电压 。斩 波 电路 主开 关 管 可 以实 现零 电 流 开通 、 零 电压 关 断 。脉 冲 占空 比和 频率 的调 节 可 以通 过外 围设 定。
探究高频软开关技术下的电力直流操作电源系统
３ 高频软开 关技术下 的 电力直流操 作 电源 系 统的设计
３ ． １ 直流操 作 回路设 计
对 于 直 流 回路 的 设 计 是 要 严 格 按 照 设 计 规 程 来进 行 设
计， 它 的 安 全 可 靠 与 否 直接 关 系到 整 个 电力 系统 的 安 全 稳 定 ，
因此 对其 进 行 监 测 的 目的就 是 为 了能及 时 发现 回路 中 出现 的 问题 同时也 不 能 降低 其 可靠 性 。 根 据 这 样 的 目的 ， 在 设 计 时 就 要 遵循 一 定 的原 则 ． 原则如下 ： 在 记 录 监 测操 作 回路 时 不 能 因
３ ８ ０ Ｖ 交 流 电进 行 整 流 和 逆 变 以及 高频 整 流或 者 滤 波后 ． 在 对
其 进 行 输 出 ． 就 可 以 将 控 制 后 的 直 流 电 直 接 传 输 给 主 母 线 以
为 引进 了监 视 系统 就 降低 其 可 靠 性 能 。且操 作 回路 不 能 与操 作 回路 的 动作 过 程 产 生 直接 关 系 ：在 整 个记 录数 据 的期 间 一
监 测， 在 交流 出入 发 生 异 常 时进 行 报 警 ， 高频 模 块 本 身 也 能 够 对 交流 输入 电压 过 高或 者 电压 过 低 以及 缺 相等 故 障 进 行报 警 。 （ ２ ） 系统 在 接 线 方 式 上 选 用 单 母 线 ， 在运行 中， 将 蓄 电 池
３ ． ２ 高 频 开关 电源模 块配 置
为 了保 证 变 电站 的 正 常运 行 ， 充 电装 置 是 其 中的 关 键 ， 在 配 ４个 ２ ０ Ａ 充 电模 块 ， 在 充 电装 置 中采 用 的是 微 机 控 制 ． 其 控 过 去 的充 电装 置 中 多采 用 的是 晶 闸 管整 流装 置 ， 而 随 着科 技 制 方式具有 两项， 可以手动 ， 也 可 以 自动 ， 在 自动 控 制 发 生 故 的 不 断发 展 ． 新技 术 新 设 备 的 不 断 产 生 ． 智 能型 高频 开 关 充 电 障时， 可 自动 转 向 手 动控 制 。 此外 ， 直 流 系统 还 具 有 调 压 作 用 ， 装置 被 逐 步 的 引用 到 变 电站 中 。 它有着先进的技术、 且 性 能 比 能 够对 母 线 电压 进 行 自动 或 者 手 动 的 调 整 和 控 制 ， 自此 技 术 较优 越 、 体 积小等优 势， 也 因此 才 能 被 广 泛 的使 用 ， 智 能 高频 上 ． 对 电压 进 行 控 制 ． 将 其 控 制在 正 常 的 电压 范 围 内。 开 关模 块 数 量 的计 算公 式 为 ：模 块额 定 电 流之 和 大 于 等 于 最 （ ３ ） 该 系 统还 具备 一 定 的 蓄 电 池 管理 功 能 按 照 蓄 电 池在 大 经 常 负荷 ＋ 蓄 电池 要 求 的 充 电 电 流 。 常规 １ ｌ Ｏ ｋ Ｖ 的 变电 站 直 充 电 中 的取 样 信 息 ． 智 能 监控 装 置 能 够 根 据 系统 自身 带有 的 流 电 源 系统 电压 为 ＤＣ ２ ２ ０ ｋ Ｖ． 蓄 电池 的 容 量 为 １ ０ ０ Ａｎ， 则 充 电 管理程序 ， 进 行 自动 化 充 电或 者 转 换 ， 同时， 还 能 对 蓄 电池 进 电 流＋最 大 经 常 性 负荷 约＝ ２ ０ Ａｎ． 若选用 ５ Ａｎ的 高频 开 关 电 源 行 一 定 的动 态管 理 ． 使 得 蓄 电 池在 满容 量 的状 态 下 不 断运 行 。 模块 ， ４只模 块 即 可 满 足 负荷 要 求 ，再 加 一 个 备 用模 块 并 联 ， 第五 ． 该 系统 还 具 有 直 流 系统 绝缘 检 测 功 能 。系统 能 够 能在 线 总共 选 择 只的 高频 开 关 模 块 对 直流 系统 的对 地 绝 缘 状 况进 行 检 测 ， 此 外， 能 够 对 发 生 的故
基于UC3875的ZVZCSPWM软开关直流电源的研制(1)
第４５卷第４期２００８年７月真空ＶＡＣＵＵＭＶｏｌ．４５，Ｎｏ．４Ｊｕｌ．２００８收稿日期：２００８－０２－０５作者简介：牟翔永（１９７９－），男，四川省宜宾县人，硕士。
联系人：陈庆川，研究员，博导。
基于ＵＣ３８７５的ＺＶＺＣＳＰＷＭ软开关直流电源的研制牟翔永１，陈庆川１，朱明２（１．核工业西南物理研究院，四川成都６１００４１；２．成都普斯特电气有限责任公司，四川成都６１００４１）摘要：本文介绍了移相谐振控制器ＵＣ３８７５的电气特性与基本功能，详细分析了以ＵＣ３８７５作为控制核心设计的一台１．２ｋＷ、７０ｋＨｚ的移相式ＺＶＺＣＳＰＷＭ软开关直流电源，并运用ＰＳｐｉｃｅ进行了仿真，给出了该电源控制电路、主电路基本电路拓扑，列出了相关参数的仿真波形与实验波形。
关键词：ＵＣ３８７５；ＺＶＺＣＳ；软开关中图分类号：ＴＭ４５文献标识码：Ａ文章编号：１００２－０３２２（２００８）０４－０１０１－０５ＵＣ３８７５－ｂａｓｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＺＶＺＣＳＰＷＭＳｏｆｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙＭＵＸｉａｎｇ－Ｙｏｎｇ１，ＣＨＥＮＱｉｎｇ－Ｃｈｕａｎ１，ＺＨＵＭｉｎｇ２（１．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｅｎｇｄｕＰｕｌｓｅｔｅｃｈＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｂａｓｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵＣ３８７５．Ａｎ１．２ｋＷｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅＺＶＺＣＳＰＷＭＤＣ／ＤＣｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｔ７０ｋＨｚｗｉｔｈＵＣ３８７５ａｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｃｏｒｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｂｕｉｌｔｕｐ，ｗｈｉｃｈｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈＰＳｐｉｃｅ．Ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓｏｆｂｏｔｈｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｒｅｌｅｖａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｒｏｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｇｉｖｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＵＣ３８７５；ＺＶＺＣＳ；ｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ目前，中、大功率开关电源的主电路基本上都是采用全桥变换器结构，其相应的软开关工作方式有三种，即零电压开关（ＺＶＳ）、零电流开关（ＺＣＳ）和零电压零电流开关（ＺＶＺＣＳ）。
移相全桥为主电路的软开关电源设计详解
移相全桥为主电路的软开关电源设计详解2014-09-11 11:10 来源：电源网作者：铃铛移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降低损耗，提高开关频率。
如何以UC3875为核心，设计一款基于PWM软开关模式的开关电源?请见下文详解。
主电路分析这款软开关电源采用了全桥变换器结构，使用MOSFET作为开关管来使用，参数为1000V/24A。
采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS。
电路结构简图如图1，VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管，C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断二极管，用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS，Llk为变压器漏感，Cb为阻断电容，T 为主变压器，副边由VD5~VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件组成。
图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图其基本工作原理如下：当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。
通过移相控制，在关断VT1时并不马上关断VT4，而是根据输出反馈信号决定移相角，经过一定时间后再关断VT4，在关断VT1之前，由于VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，理想状况下其值为零，当关断VT1时刻，C1开始充电，由于电容电压不能突变，因此，VT1即是零电压关断。
由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用，VT1关断后，原边电流不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2自然导通，这时开通VT2，则VT2即是零电压开通。
当C1充满电、C2放电完毕后，由于VD2是导通的，此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb两端电压，原边电流开始减小，但继续给Cb 充电，直到原边电流为零，这时由于VD4的阻断作用，电容Cb不能通过VT2、VT4、VD4进行放电，Cb两端电压维持不变，这时流过VT4电流为零，关断VT4即是零电流关断。
软开关电源的研究与设计的开题报告
软开关电源的研究与设计的开题报告一、课题背景软开关电源是一种新型的电源，其优点是具有高效率、小体积、轻重量等特点。
尤其在功率变换电路中，软开关电源已经成为一种必备的技术。
本研究将从软开关技术的理论基础出发，综合应用电子学、电力电子学等相关学科知识，对软开关电源进行深入研究，设计开发出一种高效、稳定、安全、可靠的软开关电源。
二、研究内容（1）软开关电源的基本原理和特性研究。
对软开关技术的原理、发展历程和特点进行了解和分析，在此基础上，探讨软开关电源的结构和工作原理，并阐述其在电力电子中的应用。
（2）软开关电源的设计与模拟。
利用Matlab、Pspice等软件平台，建立软开关电源的电路模型，进行电路分析、参数计算、组件选型、信号处理等工作，并通过模拟验证电路设计方案的正确性。
（3）软开关电源的测试与实现。
设计并制作软开关电源样机，利用先进的测试仪器，对其进行实验测试，分析测试结果，优化电路设计方案。
三、研究重点（1）软开关电源的关键技术以及其在高频电源领域的应用；（2）对软开关电源的拓扑结构和控制策略进行系统优化和设计；（3）软开关电源的工作效率和安全性能的研究和分析。
四、研究意义该研究拟开发出一种高效率、小体积、轻重量的软开关电源，将更好地推动相关技术的发展，提高电源稳定性和可靠性，为电力变换领域的发展做出一定的贡献。
五、研究方法（1）综合了解软开关技术的学术研究现状和进展动态；（2）通过文献调研、实验测试、仿真分析等方法，深入探讨软开关电源的特点和优点；（3）在电路设计和实验测试过程中，结合电子学、电力电子学等多学科知识，注重理论与实践相结合。
六、进度安排（1）前期准备，了解研究现状和技术应用前景，制定研究计划和进度安排，完成开题报告（2周）；（2）软开关技术的理论研究和分析，确定电路结构和控制策略（6周）；（3）电路设计和仿真分析，进行方案模拟和参数调试（4周）；（4）制作软开关电源样机，进行测试实验和数据分析（6周）；（5）完成研究论文及相关成果的汇报（2周）。
基于谐振软开关的大功率高压直流电源的研制
官威，刘军，邓焰，何湘宁
（浙江大学，杭州 310027） 摘要：研制了一种基于谐振软开关高频逆变的大功率高压直流电源。从主电路结构、硬件电 路设计和逆变控制策略等三方面为例给出了电源的设计过程。 并对逆变主电路谐振式的工作 过程予以分析说明。最后给出了实验结果和波形，并进行了相应的分析。研制出的高压直流 电源能达到 20kW，30kV 的输出。 关键词：高压直流；高频；串并联谐振；软开关；平面型母线
Design of High Power High Voltage DC Power Supply Based on Resonant Soft-switching
GUAN Wei，LIU Jun，DENG Yan，HE Xiang Ning
（Zhejiang University，Hangzhou 310027） Abstract：A high power high voltage DC power supply based on high frequency resonant soft-switching inverter was designed. The power design process of power stage，hardware circuits and inverter control strategy were provided in the paper. And the resonant operation process of inverter circuit was also explained. Experimental results and waveforms were proposed and analyzed in the end. The power output is 20kW,and the voltage output is 30kV. Keywords：HVDC; high frequency; series-parallel resonant; soft-switching; planar busbar
基于软开关技术的ZCS-PWM反激式开关电源的研究与设计
基于软开关技术的ZCS-PWM反激式开关电源的研究与设计
基于软开关技术的ZCS-PWM反激式开关电源的研究与设
计
袁方方
【期刊名称】《信息技术与信息化》
【年(卷),期】2017(000)004
【摘要】鉴于传统的反激式开关电源的功率开关器件在开通和关断的过程中存在较高的损耗,并且效率比较低的问题,本文设计了一款基于软开关技术的ZCS-PWM反激式开关电源,并对其进行了仿真研究,其结果验证了该开关电源能够有效抑制功率开关器件的电压和电流应力,极大地减少器件的开关损耗及电磁干扰,提高电源的效率.
【总页数】4页(131-134)
【关键词】开关电源;反激式;软开关;ZCS-PWM
【作者】袁方方
【作者单位】山东协和学院机电工程学院山东济南250107
【正文语种】中文
【中图分类】
【相关文献】
1.一种高效率低成本的软开关反激式开关电源设计 [J], 于昊
2.一种基于FAN6754A的PWM反激式开关电源的设计[J], 陈建萍; 张文; 钟晨东; 魏仲华
3.基于软开关技术的PWM开关电源研究 [C], 韩金刚; 汤天浩
4.基于软开关技术的PWM开关电源研究 [C], 韩金刚; 汤天浩。
软开关逆变式脉冲MIG焊接电源的研究的开题报告
软开关逆变式脉冲MIG焊接电源的研究的开题报告1. 研究背景MIG焊接常用的电源有直流稳压焊机、交流变压焊机和逆变式焊接电源等。
传统的逆变式MIG焊接电源存在电容充电电流大、谐波扰动高等问题，限制了其在工业生产中的应用。
因此，开发一种具有较低电容充电电流和谐波扰动的软开关逆变式脉冲MIG焊接电源，具有重要的现实意义。
2. 研究目的本研究旨在开发一种软开关逆变式脉冲MIG焊接电源，能够有效地降低电容充电电流和谐波扰动，提高MIG焊接质量和效率，为工业生产提供一种新型高效、节能、环保的焊接电源。
3. 研究内容①软开关逆变式脉冲MIG焊接电源原理研究②电容充电电流和谐波扰动分析及其影响因素研究③软开关逆变式脉冲MIG焊接电源的设计与实现④软开关逆变式脉冲MIG焊接电源性能测试与分析⑤软开关逆变式脉冲MIG焊接电源的应用研究与测试4. 研究方法(1) 理论分析法：对软开关逆变式脉冲MIG焊接电源进行原理分析和数学建模。
(2) 数值模拟法：使用MATLAB等软件对电容充电电流和谐波扰动进行数值模拟分析。
(3) 实验研究法：采用自主设计的软开关逆变式脉冲MIG焊接电源进行实验研究，测试其性能和应用效果。
5. 预期成果(1) 获得软开关逆变式脉冲MIG焊接电源的原理及其性能特点；(2) 确定减小电容充电电流和谐波扰动的关键因素；(3) 设计出软开关逆变式脉冲MIG焊接电源并进行性能测试；(4) 实现软开关逆变式脉冲MIG焊接电源的控制策略优化，提高焊接质量和效率；(5) 验证软开关逆变式脉冲MIG焊接电源在工业生产中的应用效果。
6. 计划进度(1) 2021年6月-2021年8月：开展软开关逆变式脉冲MIG焊接电源原理研究；(2) 2021年9月-2021年12月：数值模拟电容充电电流和谐波扰动特性及分析；(3) 2022年1月-2022年4月：设计实验系统并进行性能测试；(4) 2022年5月-2022年9月：进行软开关逆变式脉冲MIG焊接电源的优化研究；(5) 2022年10月-2023年3月：开展软开关逆变式脉冲MIG焊接电源的实际应用测试；(6) 2023年4月-2023年6月：完成论文撰写和论文答辩。
pwm变频调速及软开关电力变换技术
pwm变频调速及软开关电力变换技术摘要：一、引言二、PWM变频调速技术原理及应用1.原理简介2.系统构成3.调速性能与优势4.应用领域三、软开关电力变换技术原理及应用1.原理简介2.系统构成3.优势与特点4.应用领域四、PWM变频调速与软开关电力变换技术的结合1.结合优势2.发展趋势五、结论与展望正文：一、引言随着现代工业的快速发展，对电机调速系统的性能要求越来越高。
PWM （脉宽调制）变频调速及软开关电力变换技术在电机调速系统中发挥着重要作用。
本文将介绍这两种技术的基本原理、应用领域及发展趋势。
二、PWM变频调速技术原理及应用1.原理简介PWM变频调速技术是一种通过改变电机供电频率来调节电机转速的方法。
其核心是脉宽调制技术，通过调整脉冲的宽度来控制电机电流，从而实现调速。
2.系统构成PWM变频调速系统主要由变频器、PWM控制器、电机和传感器等组成。
变频器负责调整电机供电频率，PWM控制器控制电机电流，实现调速。
3.调速性能与优势PWM变频调速技术具有调速范围宽、响应速度快、效率高、噪音低等优点。
适用于各种工业领域，如家电、汽车、工业自动化等。
4.应用领域PWM变频调速技术在电梯、风机、水泵等领域得到广泛应用。
通过调整电机转速，实现节能、降噪、提高系统性能的目的。
三、软开关电力变换技术原理及应用1.原理简介软开关电力变换技术是一种利用现代电力电子器件，通过控制开关器件的导通和断开，实现电压、电流及功率的控制。
其主要目的是减小开关损耗，提高系统效率。
2.系统构成软开关电力变换系统主要由电源、逆变器、整流器、软开关控制器等组成。
通过控制开关器件，实现电压、电流的调整。
3.优势与特点软开关电力变换技术具有高效、节能、环保等特点。
在电力电子系统中，能有效减小开关损耗，提高系统性能。
4.应用领域软开关电力变换技术广泛应用于新能源、电动汽车、工业电源等领域。
如太阳能发电、风力发电、充电桩等。
四、PWM变频调速与软开关电力变换技术的结合1.结合优势PWM变频调速技术与软开关电力变换技术相结合，可以充分发挥两种技术的优点。
开关电源 软开关技术
对元件性能要求高
软开关技术要求电路元件具有 更高的耐压和耐流能力，以及
更快的开关速度。
兼容性问题
在某些应用中，软开关技术可 能与现有硬件或标准不兼容，
需要进行适配或修改。
05
软开关技术的实际应用案例
案例一：LED驱本
详细描述
降低开关损耗
通过控制开关的电压和 电流，软开关技术可以 有效地降低开关过程中 的电压和电流应力，从 而减小开关损耗，提高
电源效率。
减小电磁干扰
由于软开关技术可以控 制开关过程中的电压和 电流波形，因此可以减 小开关过程中产生的电 磁干扰，提高电源的电
磁兼容性。
延长开关寿命
通过降低开关过程中的 电压和电流应力，软开 关技术可以延长开关器 件的寿命，降低电源维
03
软开关技术的工作原理
软开关技术的电路结构
电路组成
软开关技术通常由主电路、控制电路和辅助电路组成。主电路负责实现电能转 换，控制电路负责调节开关状态，辅助电路则提供必要的支持功能。
工作模式
根据电路结构和控制方式的不同，软开关技术有多种工作模式，如零电压开通、 零电流关断、零电压关断等。
软开关技术的控制方式
01
脉冲宽度调制（PWM）
通过调节脉冲宽度来控制开关的占空比，从而实现电压和电流的调节。
PWM控制方式简单、易于实现，但可能会产生较高的开关损耗。
02
脉冲频率调制（PFM）
通过调节脉冲频率来控制输出电压或电流，PFM控制方式具有较低的开
关频率，可以减小电磁干扰和开关损耗，但可能会影响输出性能。
03
混合调制（PWM+PFM）
开关电源的应用与发展
应用
基于软开关技术高频开关电源的研究的开题报告
基于软开关技术高频开关电源的研究的开题报告一、选题背景随着电子设备的发展，高频开关电源作为现代电子设备的一种新型电源，由于其具有体积小、效率高、质量轻等优点，已经成为不可或缺的电源之一。
然而，传统的开关电源使用硬开关技术，会引起频繁的开关损耗和较高的噪音水平，影响电源的稳定性和可靠性。
为了提高电源的稳定性和可靠性，降低系统噪音水平，软开关技术被引入到高频开关电源中。
因此，基于软开关技术的高频开关电源的研究具有重要的理论和应用价值。
本研究旨在研究软开关技术在高频开关电源中的应用及其相关机理，提高电源的效率和稳定性，同时降低系统噪音水平，为现代电子设备的发展提供有力的支持和保障。
二、研究内容及方法本研究主要包括以下内容：1、软开关技术的原理及其在高频开关电源中的应用。
2、高频开关电源的设计方法和优化策略。
3、软开关技术对高频开关电源效率和稳定性的影响。
4、软开关技术对高频开关电源噪音水平的影响及其降噪策略。
5、软开关技术在实际应用中的研究和应用前景。
本研究采用理论分析和实验研究相结合的方法，通过对软开关技术的理论分析和实际应用研究，探究其在高频开关电源中的应用和优化方法。
三、研究意义和预期目标本研究的意义在于通过对软开关技术在高频开关电源中的应用和优化研究，提高电源的效率和稳定性，降低系统噪音水平，为现代电子设备的发展提供有力支持和保障。
同时，为提高国内电源领域的科研水平做出贡献。
预期目标为：研究软开关技术在高频开关电源中的应用机理，设计并优化高效稳定的软开关高频开关电源电路；通过实验验证软开关技术在高频开关电源中的效果，提高电源效能，降低噪音水平；探究软开关技术在实际应用中的研究和应用前景。
四、研究计划第一年：理论研究及软开关高频开关电源电路设计和优化；第二年：实验验证软开关技术在高频开关电源中的效果；第三年：总结归纳软开关技术在高频开关电源中的应用及其研究前景。
五、参考文献1. 王伟. 电子电路原理及其应用教程. 2版. 北京:高等教育出版社,2014.2. 林录福, 刘嘉禾. 应用高频软开关电源技术的电路设计. 电子设计工程, 2013(12):166-168.3. 韩洋. 高频开关电源设计. 北京: 北京燕山出版社, 2016.4. 张文昌, 吴金印, 黄磊. 基于软开关技术的现代高效电源设计. 电源技术, 2007(3):42-47.5. 胡平. 高频开关电源的应用和发展前景. 互联网技术应用,2010(2):103-107.。
DC变换器新型软开关技术的研究的开题报告
DC/DC变换器新型软开关技术的研究的开题报告内容涵盖：1. 研究背景和意义2. 研究现状和问题3. 研究目标和内容4. 研究方法和技术路线5. 可行性分析和预期成果一、研究背景和意义随着电子技术的不断发展，电力电子技术成为推动现代电力系统发展的主要技术之一。
DC/DC变换器作为其中的重要组成部分，其效率、可靠性和安全性对整个系统性能具有重要影响。
目前，DC/DC变换器的主要问题是功率损失大、体积大、高频磁干扰等，其中功率损失是其主要的技术难点。
针对上述问题，新型软开关技术在DC/DC变换器中得到了广泛应用。
新型软开关技术具有开关速度快、损耗小、可靠性高等优点，能够显著提高DC/DC变换器的效率，降低体积和系统成本，为现代电力系统的发展提供了重要支撑。
二、研究现状和问题目前，DC/DC变换器的开关技术主要包括硬开关技术和软开关技术。
硬开关技术简单可靠，但功率损失大，对于高频应用存在局限性。
而软开关技术可以有效解决硬开关技术存在的问题，具有开关速度快、损耗小、可靠性高等优点，在高频应用中得到了广泛应用。
目前，软开关技术主要有零电流开关技术和零电压开关技术两种类型。
但在实际的应用中，软开关技术也存在着一些问题，如开关速度不稳定、损耗仍然较大等。
三、研究目标和内容本研究旨在研究新型软开关技术在DC/DC变换器中的应用，改善其开关速度和损耗等问题，提高效率和可靠性。
具体研究内容包括：1. 系统地研究新型软开关技术的原理和优势，分析其应用特点和限制。
2. 研究新型软开关技术在DC/DC变换器中的应用方法和技术路线，设计并实现一种新型软开关DC/DC变换器。
3. 分析新型软开关DC/DC变换器的开关速度和功率损失等性能参数，对其进行优化和改进。
4. 进行新型软开关DC/DC变换器的性能测试和比较分析，验证其效果。
四、研究方法和技术路线本研究采用实验和仿真相结合的方法，建立新型软开关DC/DC变换器的数学模型，并采用Matlab/Simulink等软件进行仿真分析，优化设计参数，验证其性能。
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收稿日期:2005 12 16作者简介:姬军鹏(1979-),男,西安理工大学工程师,研究方向:现代新型电力电子装置。
文章编号:1009 3664(2006)03 0017 03研制开发一种软开关直流脉冲电源的研究姬军鹏,廖荣辉(西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安710048)摘要:脉冲电源的形式和用途有多种,文章研究了一种软开关直流脉冲电源,主开关管可以实现零电流开通、零电压关断;输出脉冲电压波形工整,其占空比和频率的调节可以通过外围设定。
仿真试验的结果验证了该直流脉冲电源的可行性。
关键词:直流脉冲电源;软开关;R C 网络中图分类号:T N 78T N 86文献标识码:AA Soft Sw itch DC Pulse Pow er SupplyJI Jun peng ,L IA O R ong hui(Xi an U niv ersity of T echnolo gy ,X i an 710048,China)Abstr act:T his paper research a soft sw itch D C pluse po wer supply.T he t ur ning on of main switch can achiev e Z CS,and turning o ff is ZV S.T he w ave of o utput pluse v oltage is tr im.A nd its occupy duty and f requency can be r egulate by hand.Simulat ion results ver ify the effectiv eness of the pro posed system.Key wo rds:DC pluse pow er supply;so ft switch;RC netw or k脉冲电源的形式和用途有多种,其主要的应用领域包括:脉冲电镀、极性相和非极性相的相分离、工业废气处理、脉冲电解污水处理、高频脉冲感应加热、高功率激光泵、产生高功率带电粒子束、电弧焊接、电火花加工、静电除尘、臭氧的制取和表面热处理等。
在军事上,脉冲电源还用于电磁轨道炮、电磁脉冲模拟、粒子束武器、液电爆炸等领域。
不同的应用场合,对电源的输出电压、输出电流及开关频率的要求不同。
本文研究了一种软开关直流脉冲电源。
电源的直流输入是三相可控整流得到的满足设计要求的直流电压,再经过高频斩波电路得到一定开关频率的直流脉冲电压。
斩波电路主开关管可以实现零电流开通、零电压关断。
脉冲占空比和频率的调节可以通过外围设定。
1 软开关直流脉冲电源工作原理电路拓扑结构见图1(a)。
其主开关管可以实现零电流开通、零电压关断。
为了确保理想的方波脉冲,同时为了减小恢复时间造成的高频振荡,给每个二极管两端并联了RC 吸收网络。
谐振电容可以利用RC 吸收网络的电容。
图1(b)是电路主要波形图。
下面分析该斩波电路的工作原理。
分析之前,作电路拓扑和控制信号假设如下: 所有开关管、二极管均为理想组件;!所有电感、电容均为理想元件;∀负载为阻感负载(小电感,即负载电流断续)。
主电路是工作模态见图2所示。
(a)主电路拓扑(b)主要波形图图1软开关直流脉冲电源(a) (b )#17#(c) (d)(e) (f)图2 主电路各工作模态(1)开关模态1(t 0,t 1)[图2(a)]在t 0时刻之前,开关管Q 1处于关断状态。
负载电感电流断续,续流二极管D 1截止。
谐振电感电流i Lr 为0,阻容吸收网络电容电压U Cr 也为0。
t 0时刻,Q 1开通,加在L r 上的电压为U DC ,其电流从0线性上升,很快上升到I 0。
因此Q 1是零电流开通。
同时,U DC 通过R C 给C r 充电,其电压U Cr 开始上升,由于阻容吸收网络的作用,谐振被破坏,很快U EF 上升到U DC 后,保持不变,输出电压脉冲。
直到t 1时刻关断Q 1。
(2)开关模态2(t 1,t 2)[图2(b)]t 1时刻关断Q 1,i Lr 给C 1充电,由于有C 1存在,Q 1是零电压关断。
t 2时刻,C 1电压线性增加到U DC 。
D a 2开始导通为L r 续流。
(3)开关模态3(t 2,t 3)[图2(c)]t 2时刻,D a 2开始导通为L r 续流。
由于D a 2的作用,避免了Q 1出现关断时的电压尖峰。
同时,阻容吸收网络的C r 提供反压,i Lr 下降得很快。
负载电流一部分通过阻容网络流动,也开始下降。
t 3时刻i Lr 下降到零。
从脉冲工艺要求来看,这个时间要求极短,这样脉冲的下降沿很陡,波形很工整。
(4)开关模态4(t 3,t 4)[图2(d)]t 3时刻i Lr 下降到零。
U EF 被钳位到零。
D 1和阻容网络同时为负载续流。
t 4时刻C r 放电到零。
C r 放电到零的时刻必须在负载电流下降到零之前,否则脉冲波形会出现一个小台阶。
这是因为负载电流下降到零后,C r 要继续通过负载放电,这样负载电感将产生反相电势,阻止电流流动,于是在负载两端出现一个台阶电压。
(5)开关模态5(t 4,t 5)[图2(e)]t 4时刻C r 放电到零。
D 1为负载续流。
(6)开关模态6(t 5,t 6)[图2(f)]t 5时刻负载电流下降到零,D 1自然关断。
此时电路处于完全不工作状态。
直到t 6时刻Q 1开通,变换器开始另外一个周期的工作。
负载为阻感负载(大电感)时,工作原理类似,电流连续,不会出现模态6,同时不需要C r 放电到零,可以增大其容量。
另外,Q 1刚开通时,U DC 不足以提供负载电流,其部分电流仍然通过D 1续流。
2 RC 吸收网络参数设计由于脉冲电源的工作频率的关系,续流二极管采用快恢复或者超快恢复二极管,以确保理想的方波脉冲。
同时为了减小恢复时间造成的高频振荡,给每个二极管两端并联RC 吸收网络。
谐振电容可以利用RC 吸收网络的电容。
在电流断续时(即小电感负载时),根据原理分析,可得模态4的方程:U Cr +R C I Cr =U Load +I 0R Load =0(1)忽略这个过程中D 1上的电流,这样:I Cr =I 0(2)上式可改写为:C r d u d t 1R Load =L Load d i d t 2(3)假设临界条件下,即负载电流下降到零的时候,阻容吸收网络C r 刚好也放点到零。
这样:d t 1=d t 2(4)这样可以得到:C r =L Load I 0UR Load(5)C r 放电到零的时刻必须在负载电流下降到零之前,所以:C r ∃L Load I 0 UR Load(6)式中, I 0=I 0max ; U =U DC 。
在电流连续时不需要C r 放电到零,为了消除脉冲电压尖峰,必须增大C r 容量。
负载感性越大,负载电流变化越小,负载电感两端的电压变化也越小,C r 的容量可以取得越大,以达到稳压的目的。
另外,根据模态3来确定L r 的取值范围:U Cr =R C I C +U Lr(7)此模态时间要求极短,C r 上的电压U Cr 可近似看作不变,同时忽略R C 上的电压,可得:L r =U Cr t i(8)考虑到R C 上的电压降和U Cr 的减小,必须引入一个比例系数:K =0.3~0.5。
L r ∃KU Cr t i(9)式中, I 0=I 0max , t 为电流的下降时间。
这个时间越短,脉冲的下降沿越陡,波形越工整。
另外,R 的增大有利于消除电压尖峰,但是脉冲上升沿速度降低。
#18#通信电源技术2006年5月25日第23卷第3期姬军鹏等: 一种软开关直流脉冲电源的研究T elecom Pow er T echnolog ies M ay 25,2006,V ol.23N o.33 频率和占空比调节图3(a)是输出脉冲电压频率和脉宽调节电路的结构。
图3(b)是其主要波形。
外围设置脉冲频率电压信号加到压控振荡器上,产生工艺要求频率的锯齿波或者三角波信号。
再与外围脉宽调节电压作比较,产生工艺要求频率和脉宽的PWM 信号。
这个信号经过处理产生负压,再经过脉冲放大和专用的驱动电路加到斩波电路的MOSFET 栅源极,控制其开通和关断。
4 仿真分析为了验证该脉冲电源的工作原理,进行了PSPICE 仿真,仿真的电路拓扑见图1(a),仿真试验参数为:输入直流电压:U in =400V;输出直流脉冲电压幅值:U o =400V (单向脉冲);斩波电路主开关管为APT 8024L 2LL;谐振电感L r =2 H 。
R C 吸收网络的参数:R C =60 ,C r =6.6nF;负载:L Load =20 H ,R Load =40 ,电流断续,脉冲频率为100kH z 。
图4给出了该直流脉冲电源仿真波形,其中图4(a)分别是脉宽调节电路的锯齿波和外围输入脉宽调节电压、比较器输出的PWM 信号、驱动信号和斩波MOS FET 两端的电压波形。
图4(b)分别是斩波M OSFET 的电流和驱动信号的波形。
可以看出,开关管的电流在驱动电压变为正方向后才开始上升,实现了ZCS 。
实际上,由于开关管存在结电容,虽然是零电流开通,不存在电流和电压交叠产生的开通损耗,但是开关管开通时,其结电容上有电压,这就是所谓的容性开通。
此时结电容上的能量将全部消耗在开关管内部,这样导致其开通时出现一个很高的电压尖峰,产生开通损耗。
为了减小因为容性开通产生的损耗,最好选择结电容较小的器件。
图4(c)分别是输出脉冲电压、谐振电感电流、负载电流和阻容吸收网络的电容C r 上的电压波形。
可以看出,输出脉冲电压波形很工整,占空比实现从40%~20%的调节。
5 结 论本文提出了一种直流脉冲电源,分析了该电源系统的工作原理,并通过PSPICE 仿真验证了其正确性。
该电源的特点是:(1)主开关管可以实现零电流开通、零电压关断;但是由于开关管开通时处于容性开通状态,仍然存在一定的开通损耗。
(2)输出脉冲电压波形很工整,满足工艺的要求。
(3)脉冲占空比和频率的调节可以通过外围设定。
参考文献:[1] 马运东,阮新波,严仰光.ZV S PWM 全桥三电平直流变换器[J].南京航空航天大学学报,2003,35(2):116 121.[2] 阮新波,严仰光.直流开关电源的软开关技术[M ].北京:科学出版社,2000.[3] 阮新波,严仰光.脉宽调制DC/DC 全桥变换器的软开关技术[M ].北京:科学出版社,1999.#19#。