DC变换器.实现功率开关管的零电流软开关对于具有拖尾电
DCDC总结概括
DC/DC变换器调研报告一．原理简介开关电源是利用现代电力技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。
开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。
与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。
脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。
一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。
通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。
最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。
控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。
也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。
他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。
二．DCDC现状分布式电源系统应用的普及推广以及电池供电移动式电子设备的飞速发展，其电源系统需用的DC/DC电源模块越来越多。
对其性能要求越来越高。
除去常规电性能指标以外，对其体积要求越来越小，也就是对其功率密度的要求越来越高，对转换效率要求也越来越高，也即发热越来越少。
这样其平均无故障工作时间才越来越长，可靠性越来越好。
因此如何开发设计出更高功率密度、更高转换效率、更低成本更高性能的DC/DC转换器始终是近二十年来电力电子技术工程师追求的目标。
例如：二十年前Lucent公司开发出第一个半砖DC/DC时，其输出功率才30W，效率只有78%。
而如今半砖的DC/DC输出功率已达到300W，转换效率高达93.5%。
脉宽调制DCDC全桥变换器的软开关技术
在这一章节，本书总结了全桥变换器软开关技术的实验研究结果，并提出了未来研究的方向和建 议。本书强调了软开关技术在全桥变换器中的重要性和应用前景。
在DCDC全桥变换器中，利用脉宽调制技术实现软开关的过程如下：通过反馈电路检测输出电压或 电流，并将其与给定值进行比较；然后，通过控制器计算出占空比，并生成相应的脉宽调制信号； 将脉宽调制信号输入到驱动器中，控制开关的导通和关断时间，从而实现软开关。
为了验证所提出的方法的有效性和优越性，我们进行了一系列实验。实验结果表明，利用脉宽调 制技术实现的DCDC全桥变换器的软开关可以显著降低开关的硬切换带来的功耗和噪声，同时提高 变换器的响应速度和调节精度。该方法还可以实现更高的效率
阅读感受
在电力电子技术快速发展的今天，DCDC变换器作为其重要组成部分，广泛应用于各种领域。而脉 宽调制DCDC全桥变换器及其软开关技术，更是电力电子技术的核心与热点。《脉宽调制DCDC全 桥变换器的软开关技术》这本书，深入浅出地介绍了脉宽调制DCDC全桥变换器的基本原理、设计 方法及应用实例，对于电力电子领域的学习者与实践者，都具有很高的参考价值。
在阅读这本书的过程中，我深感其理论与实例的结合紧密，让我对脉宽调制DCDC全桥变换器的软 开关技术有了更深入的理解。同时，也让我重新审视了电力电子技术在当代社会中的重要地位。 作为一名电子工程专业的学生，我深感自己在这个领域还有许多需要学习和探索的地方。这本书 无疑为我提供了宝贵的学习资源和研究方向。
软开关双向DCDC变换器的研究
软开关双向DCDC变换器的研究一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，DC/DC变换器在各种电源管理系统中扮演着越来越重要的角色。
特别是在电动车、可再生能源系统、数据中心以及航空航天等领域，DC/DC变换器的性能优化和效率提升成为了研究的热点。
传统的DC/DC变换器在开关切换过程中存在较大的开关损耗和电磁干扰，影响了其整体效率和稳定性。
因此，研究和开发新型的DC/DC变换器技术，特别是具有软开关特性的双向DC/DC变换器，对于提高电源系统的效率和可靠性具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文旨在深入研究软开关双向DC/DC变换器的基本原理、拓扑结构、控制策略及其在实际应用中的性能表现。
文章首先介绍了DC/DC变换器的基本概念和分类，分析了传统DC/DC变换器存在的问题和挑战。
然后，重点阐述了软开关技术的原理及其在双向DC/DC变换器中的应用，包括软开关的实现方式、拓扑结构的选择以及相应的控制策略。
本文还将对软开关双向DC/DC变换器的性能评估方法进行探讨，包括效率、稳定性、动态响应等指标的分析和比较。
本文将通过仿真和实验验证，对所研究的软开关双向DC/DC变换器的性能进行验证和评估。
通过对比分析不同拓扑结构和控制策略下的实验结果，为软开关双向DC/DC变换器的优化设计和实际应用提供有益的参考和指导。
本文的研究成果将为电力电子技术的发展和电源系统的性能提升提供新的思路和解决方案。
二、软开关双向DCDC变换器的基本原理软开关双向DC-DC变换器是一种新型的电力转换装置，它结合了软开关技术和双向DC-DC变换器的优点，旨在提高转换效率、减小开关损耗和降低电磁干扰。
其基本原理主要涉及到软开关技术的运用以及双向DC-DC变换器的工作模式。
软开关技术通过在开关管电压或电流波形上引入零电压或零电流区间，实现了开关管的零电压开通（ZVT）或零电流关断（ZCS），从而极大地减小了开关损耗。
在软开关双向DC-DC变换器中，通过采用谐振电路、辅助开关或变压器等元件，实现了开关管的软开通和软关断，从而提高了变换器的效率。
双向DCDC变换器的研究
双向DCDC变换器的研究随着电子技术的飞速发展，电源管理技术已成为制约电子产品性能和功能的关键因素。
其中，DCDC变换器作为电源管理的重要组成部分，已经引起广泛。
本文将重点探讨双向DCDC变换器，以更好地满足电子设备的能量转换需求。
双向DCDC变换器是一种可以同时进行电能双向传输的电路模块，它可以在不同的输入和输出电压之间实现能量的双向流动。
这种变换器在通信、计算机、工业控制等领域应用广泛，具有重要的实际意义。
双向DCDC变换器可以根据不同的分类方法进行划分。
根据有无变压器可以分为有变压器和无变压器两种类型。
其中，有变压器类型的变换器可以通过改变变压器匝数比实现电压的升降，具有较高的电压调节精度；而无变压器类型的变换器则通过电子开关进行能量的双向传输，具有较小的体积和重量优势。
根据控制方式的不同，双向DCDC变换器还可以分为电流控制和电压控制两种类型。
电流控制型变换器通过控制电流来调节输出电压，具有较快的动态响应速度；而电压控制型变换器则通过控制输出电压来间接调节电流，具有较小的体积和成本优势。
双向DCDC变换器在不同领域具有广泛的应用。
在通信领域，双向DCDC 变换器可以用于基站电源、光端机等设备的能量供给；在计算机领域，双向DCDC变换器可以实现电源的模块化和高效化，提高系统的可靠性和稳定性；在工业控制领域，双向DCDC变换器可以实现分布式能源管理，提高能源利用效率。
双向DCDC变换器作为一种重要的电源管理技术，具有广泛的应用前景。
本文对双向DCDC变换器的深入研究，旨在为电子设备的能量转换需求提供更好的解决方案，并为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
随着环境保护和能源效率问题日益受到重视，电动汽车的发展逐渐成为汽车工业的必然趋势。
在电动汽车中，双向DCDC变换器作为一种重要的电力电子设备，可以有效提高能量的利用率和系统的效率。
本文将对电动汽车双向DCDC变换器的研究进行深入探讨。
在国内外学者的研究中，双向DCDC变换器已取得了许多成果。
基于软开关技术的DCDC功率变换器的设计
基于软开关技术的DC/DC功率变换器的设计O 引言基于软开关技术的全桥DC／DC变换器在高频、大功率的直流变换领域，有着广泛的应用前景，它提高了系统的效率，增大了装置的功率密度。
本文设计的变换器现正应用于电子模拟功率负载中，该负载系统要求能有效实现能量回馈电网，且直流高压>540V，低压直流为48~60V，因此，为升压变换。
限于篇幅，本文仅对DC／DC变换器的设计进行讨论，该变换器利用高频变压器的原边漏感、功率MOSFET并联外接的电容实现零电压开关，该方案简单、高效、易实现。
采用改进型移相控制器UC3879为控制核心，对变换器实现恒流输入控制，文中给出了实用的控制电路和主要参数的设计方法。
试验结果证明系统性能优良、效率高、功率密度大。
1 基本原理1.1 DC／DC变换器的电路原理图1所示的是DC／DC功率变换器的电路原理图，功率开关管S1~S4及内部集成的二极管组成全桥开关变换器，S1及S3组成超前桥臂，S2及S4组成滞后桥臂，S1~S4在寄生电容、外接电容C1~C4和变压器漏感的作用F谐振，实现零电压开关。
其中C7为隔直电容，可有效地防止高频变压器的直流偏磁。
低压直流侧滤波电容为C5、C6、L1为共模电感。
实时检测的输入侧电流值同指令电流值比较，得到的误差信号经过PI环节输出，由改进型移相控制器U C3879组成的控制系统实时生成变换器的触发脉冲；系统实行恒流控制，便于在不同负载情况下考核被测试的直流电源组，同时，也利于根据试验考核系统的功率等级，实现多个相同电子模拟负载模块的并联。
经过实验测试，DC／DC功率变换器工作在软开关状态下，输出高压直流为560V时，高频变压器副边电压的峰值高达1000V。
考虑在工程应用中，系统应该有足够的储备裕量，以利于长时间可靠、安全的运行，整流部分由两个完全相同的整流桥串联构成。
1.2 控制策略对于全桥变换器的控制通常有双极性控制方式、有限双极性控制方式和移相控制方式。
PWMDCDC全桥变换器的软开关技术
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
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a）软开关的开通过程
b）软开关的关断过程
图6－2 软开关的开关过程
DC/DC全桥变换器
DC/DC全桥变换器由全桥逆变器和输出整流滤波 电路构成:
DC/DC全桥变换器--全桥逆变器及其控制
Q1~Q4，D1~D4 Tr K=N1/N2
控制方式: 双极性 有限双极性 移相控制方式
关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现
PWM DC/DC全桥变换器软开关的实现原则
PWM DC/DC全桥变换器的两类软开关方式
小结
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
• 前面讨论了滞后桥臂的零电压关断,即电容的存在可以实现零电 压关断,现在关心的是开关管开通的情况. • 下面先讨断切换方式
Q1,Q4关断,原边电流给C 1和C4充电,同时C2和C3 放电,限制Q1,Q4的电压 上升率,实现软关断。 当C1和C4电压上升到Vin 时,C2和C3电压下降到零 .此时D2,D3导通,为Q2， Q3提供零电压开通的条 件。 但是此时如果开通Q2和Q 3，在AB两点 出现的就 是占空比为1的交流方波 电压
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略族
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略族
【必看！】半桥LLC谐振DC-DC变换器工作原理详解
【必看！】半桥LLC谐振DC-DC变换器⼯作原理详解2019作为⼀种被⼴泛应⽤在汽车交通、⼯业控制等领域的重要元件，⽬前DC-DC变换器已经发展出了多种不同的种类，其中，LLC谐振DC-DC变换器的应⽤范围⼗分⼴泛。
本⽂将会就该种类型的DC-DC变换器⼯作原理进⾏详细介绍，希望能够对各位新⼈⼯程技术⼈员的设计⼯作提供⼀些帮助。
在实际的应⽤过程中，相信很多⼯程师对于半桥LLC谐振DC-DC变换器都不会陌⽣。
这种变换器除了具有应⽤范围⾮常⼴泛之外，还具有输出功率⾼、转换效率⾼等显著特点，其主电路结构如下图图1所⽰。
LLC谐振变换器⼀般包括三部分：⽅波产⽣电路、谐振⽹络和输出电路。
图1 半桥LLC谐振变换器的主电路结构通常情况下，在变换器的设计和应⽤过程中，⽅波产⽣电路可以是半桥或全桥结构，这主要是根据功率需求来进⾏选择。
通过⾼低端开关管的交替导通，将直流输⼊转换为⽅波。
当然，为防⽌它们同时导通，LLC谐振控制器普遍会在⾼低端开关管的驱动信号之间插⼊固定或可调的死区时间。
LLC谐振DC-DC变换器的谐振⽹络由三个谐振原件构成，分别为谐振电容Cs，谐振电感Ls和激磁电感Lm。
从图1所给出的半桥LLC谐振DC-DC变换器的主电路结构图中可以看出，该电路系统由以下元件构成：两个功率MOSFETQ1、Q2，Q1和Q2的占空⽐都是0.5，采⽤固定死区的互补调频控制⽅式来进⾏控制。
图1还中分别给出了Q1和Q2的半导体⼆极管和寄⽣电容、谐振电容Cs、理想变压器、并联谐振电感Lm、串联谐振电感Ls、全桥整流⼆极管（D1、D2、D3、D4）、输出电容C0和负载R0。
在图1所⽰的半桥谐振变换器主电路系统中，当⽅波馈⼊谐振⽹络后，电流波形和电压波形将产⽣相位差。
开关损耗为流过开关管的电流与其源漏极两端的电压乘积。
此时，由于Q1、Q2在电流流过半导体⼆极管时开启，开启电压很低，所以损耗很⼩。
LLC谐振变换器电路有两个谐振频率，⼀个是谐振电感Ls和谐振电容Cs的谐振频率，⼀个是Lm加上Ls与Cs的谐振频率，即：在上⽂所提供的两个公式中，所求得的参数fr1为Cs与Ls的谐振频率，参数fr2为Cs、Ls和Lm 的谐振频率，很显然，参数fr1>fr2。
现代电力电子技术中的软开关技术
现代电力电子技术中的软开关技术摘要：论述了现代电力电子技术的软开关技术及其新发展，论述了由无损耗缓冲技术和谐振技术组合而成的软开关技术。
关键词：软开关谐振现象变换器一、引言电力电子技术利用无源功率器件和半导体功率器件、大规模集成电路和微处理器、传感与信息处理技术、现代控制理论、计算机仿真与辅助设计技术，以功率变化电路为对象，研究对电能进行变换和控制的规律，以其独特的、不可取代的特殊功能，广泛应用于国民经济的各个领域。
开关电源的高频化是实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量的重要途径。
开关电源的高频化增大了变换器的功率密度和性能价格比，而且极大地提高了瞬时响应速度，抑制了电源所产生的音频噪声。
软开关（softswitching）技术是近年来电力电子学领域中的一个主要研究方向。
对软开关理论的深入研究，使软开关技术成为电力电子变换技术的核心内容尤其是能有效地减小电能变换装置引起的环境污染（噪声等）和电磁污染（emi），为发展无公害电力电子产品提供了有效的方法和途径。
二、谐振软开关的工作原理，种类及特点谐振软开关是八十年代提出并用于dc-dc变换器中[2]。
它利用电路发生谐振时，电流或电压形成周期性地过零点，并使开关器件在在零电流或零电压条件下接通或切断，因此理论上它的开关损耗为零，避免了硬开关由于电压电流波形交叠而产生开通及关断损耗。
软开关包括软关断和软开通。
按驱动信号的时序来分又可以分为零电压开通、零电压关断与零电流开通、零电流关断。
各种软开关与硬开关的波形比较如下：图1 软开关和硬开关的波形比较图中零电流关断信号在t2或t2以后发出，零电压关断信号在t1发出。
零电流开通信号在t2或t2以后发出，零电压开通信号在t1发出。
谐振软开关电路中的零电流和零电压条件是由辅助的谐振电路提供的，辅助电路一般由辅助谐振元件l和c和电力电子开关器件s构成。
辅助谐振电路中的开关器件s也是在零电流或零电压条件下实现通断。
基于开关电容的软开关高电压增益DC-DC变换器
基于开关电容的软开关高电压增益DC-DC变换器雷浩东;郝瑞祥;游小杰;项鹏飞【摘要】In this paper, a switched-capacitor based DC-DC converter topology with high voltage gain and soft-switching character is presented. The proposed topology can achieve high voltage gain without operating the switches at extreme duty cycle and has PWM voltage regulation ability similar to conventional Boost converter. Through resonant soft-switching technique, zero-voltage switching (ZVS) turn-on of all switches and zero-current switching (ZCS) turn-off of all diodes are achieved, which is useful to improve the efficiency and power density of the converter. The voltage stresses of switches and diodes are low, so low voltage level and low on-resistance devices can be adopted to reduce the conduction losses. The operation principle of the proposed topology was analyzed in detail, and the steady-state characteristics were analyzed, including voltage gain characteristics and soft-switching operating conditions. Finally, a prototype converter with 25-40V input and 400V/1kW output was established, and the experimental results verified the theoretical analysis.%提出一种基于开关电容的具有高电压增益和软开关特性的DC-DC变换器拓扑.该拓扑能够在非极端占空比条件下实现高电压增益,并具有类似于传统Boost变换器的PWM电压调节能力.通过谐振软开关技术,实现所有开关管的零电压开通和所有二极管的零电流关断,有利于提高变换器的效率和功率密度.变换器中开关管和二极管承受的电压应力低,允许选择低电压等级、低导通电阻的器件.详细分析变换器拓扑的基本工作原理,对变换器电压增益特性和软开关实现条件等稳态工作特性进行研究.最后,搭建一台输入25~40V、输出400V/1kW的实验样机,对理论分析进行实验验证.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)012【总页数】10页(P2821-2830)【关键词】开关电容;高电压增益;谐振电感;软开关;DC-DC变换器【作者】雷浩东;郝瑞祥;游小杰;项鹏飞【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言高电压增益 DC-DC变换器在光伏发电系统、燃料电池系统以及通信电源等许多工业应用场合发挥着关键作用[1-3]。
推挽变换器在软开关与硬开关工作模式下的比较研究[1]
![推挽变换器在软开关与硬开关工作模式下的比较研究[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/323ab57e49d7c1c708a1284ac850ad02de800727.png)
推挽变换器在软开关与硬开关工作模式下的比较研究摘要：对于工作在软开关和硬开关两种模式下的推挽结构的DC/DC变换器作了比较研究，分析了它们各自的优缺点，并从工程应用角度出发，研制了一台300W的DC/DC变换器。
关键词：推挽变换器；串联谐振；软开关；硬开关 1 引言在DC/DC升压式电路中，通常采用的拓扑结构有Boost、Buck Boost和推挽三种。
而当输入电压比较低（如单节蓄电池供电时仅12V），功率不太大的情况下，一般优先采用推挽结构。
硬开关在推挽电路中应用已比较成熟，本文先针对硬开关技术，分析其在工程应用中存在的弊端，进而引入软开关技术[2,3,4]，并作一比较分析。
最后，按照产品设计要求，研制了一台300WDC/DC变换器。
结果表明，运用这种拓扑结构设计的升压变换器具有诸多优点。
2 硬开关电路 2.1 工作原理图1为推挽式硬开关电路的工作原理图[1]。
它有3种工作模式：模式1 Q1导通，Q2截止，原边电流流经Q1，同时变压器副边电流通过D1和D4向负载供电；模式2 Q2导通，Q1截止，原边电流流经Q2，同时变压器副边电流通过D3和D2向负载供电；模式3 Q1和Q2都截止，原边不向副边传输能量，则负载的能量来自副边的滤波电感L和滤波电容C。
2.2 分析图2和图3是变换器工作时功率管两端的电压波形。
由于电感的原因，功率管导通电压降呈锯齿波形，见图3中的v dson。
图2 功率管工作波形图3 功率管导通电压降变换器工作条件如下： V i =12V ，V o =200V ，I o =1.5A ； f s =50kHz ，L =200μH ，R 1=R 2=10Ω/2W ， C 1=C 2=0.01μF ，功率管为BUZ100SL 。
测得整机效率仅为74％，且功率管发热比较严重。
通过改变吸收电路参数，并联功率管，调节输出滤波参数显示，并联功率管和适当增加L 值可以明显提高整机的效率（见表1）。
DC-DC变换器主要技术的发展综述
DC-DC 变换器主要技术的发展综述王学梅，张波, 丘东元（华南理工大学电力学院，广东省 广州市 510640）Review on the Development of DC-DC ConvertersWang Xuemei Zhang Bo Qiu DongyuanSouth China University of Technology, Guangzhou ， 510640， China摘要:近二十年来，随着功率开关器件的发展，DC-DC 变换器的拓扑和变换技术取得了很大的成就.本文对DC-DC 变换器中的主要技术软开关、同步整流、移相PWM 技术和多电平技术的发展与现状进行了综述，并讨论了变换器未来的发展趋势。
关键词:PWM 软开关 同步整流 多电平Abstract DC —DC converters topologies and techniques have made a great achievement along with the power devicesdevelopment in the recent twenty years 。
This paper reviews the main techniques of DC —DC converters ， which are soft switching technique, synchronous rectification ， shift —phase PWM and multi —level technique. At last ， the trends and future of the DC-DC converters have been discussed 。
Keywords Soft switching ， Synchronous rectification ， Shift-phase PWM ， Multi-level1 引言DC —DC 变换器是将不可调的直流电压转变为可调或固定直流电压，是一个用开关调节方式控制电能的变换电路，这种技术被广泛应用于各种开关电源、直流调速、燃料电池、太阳能供电和分布式电源系统中。
DC-DC变换技术开关调节模式基本电路原理
图 2-9 Boost 型电路各点波形图
2.4. Buck-boost 型（降压-升压型）电路
图 2-10 Buck-Boost 型电路原理图 Q 导通状态（0≤t≤ton）：
图 2-11 Q 导通状态 t=0 时刻，Q 管导通，二极管 D 反偏关断，能量从输入电源流入，并存储在电感 L 中，L 上的电压上正下负，等于输入电压 Vd，此时负载电流由虑波电容 C 提供，等效电路如上图 所示。 因此，在 ton 期间内，电感电流的增量为： Q 关断状态（ton≤t≤T）：
脉冲宽度调制 PWM（pulse width modulation）方式： 保持 T 不变，调节 ton，可以调节输出电压大小，调节 ton 即调节脉冲宽度，这就是脉
宽调制 PWM（pulse width modulation）方式。 脉冲频率调制 PFM（pulse frequent modulation）方式：
若 C1 足够大，在 ton、toff 期间上的电压可认为近似不变（只有很小的顶降），则有：
由上式可得，改变占空比就能获得所需的（反向）输出电压，输出电压可以高于输入电 压，也可以低于输入电压。
综上可得电路各点波形：
图 2-15Cuk 型电路各点波形
（VC1 为电容 C1 上的平均电压值）
从输出回路来看，在 toff 期间，由于 D 导通，L2 释放能量，则 L2 上的压为-VO ，L2 中的 电流以 VO/L2 的速率线性下降，在 toff 期间，L2 的电流减量为：
在稳定状态下，电感电流变化量应相等，则有：
现在考虑 L2 中电流变化的情况：
1.2. 两种调节模式及选择
实现 DC-DC 变换有两种模式：线性调节模式(Linear Regulator)、开关调节模式（Switching Regulator1-1 a 线性调节模式 b 线性调节模式等效电路 线性调节模式下，电路中晶体管工作在线性区，等效为可调电阻 RT，其输出电压 Vo=ILRL。 晶体管功率损耗 P=IL2RT。 开关调节模式（Switching Regulator）
dcdc转换器工作原理
dcdc转换器工作原理
DC-DC转换器是一种用来将电源输出的直流电转换成不同电压、电流或功率的装置。
其工作原理基于开关电源技术。
DC-DC转换器包含一个输入端、一个输出端和一个功率开关。
当输入电压施加在输入端时，功率开关会周期性地打开和关闭。
当开关关闭时，输入电压通过电感储存能量，形成电感电流。
当开关打开时，储存在电感中的能量被释放到输出端，产生输出电压。
具体来说，当功率开关关闭时，输入电压被施加在电感上，并导致电感电流逐渐上升。
此时，电容会储存能量，并提供给输出端。
当功率开关打开时，电感中的能量被释放到电容器和输出端，产生稳定的输出电压。
为了减小输出电压的波动和提高效率，DC-DC转换器通常会
添加输出滤波电路和控制电路。
输出滤波电路用于平滑输出电压，减小电压波动。
控制电路用于监测输出电压，并根据需要调整功率开关的开关频率和占空比，以实现恒定输出电压。
总的来说，DC-DC转换器通过周期性地开关功率开关，将输
入电压转换成稳定的输出电压。
这种转换方式具有高效率、稳定性好、体积小等优点，在众多电子设备中被广泛应用。
软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样的？各有什么特点
软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样的？各有什么特点?软开关电路主要可以分为以下几类：1.软开关DC-DC转换器：软开关DC-DC转换器主要用于转换直流电源的电压或电流。
典型的软开关DC-DC转换器拓扑包括LLC谐振转换器、LCC谐振转换器、ZVS（Zero Voltage Switching）和ZCS（Zero Current Switching）转换器等。
这些拓扑结构通过使用适当的电感和电容元件，实现在开关器件开关或关断时零电压或零电流的情况，降低开关器件的损耗并提高效率。
2.软开关AC-DC变换器：软开关AC-DC变换器主要用于将交流电源转换为直流电源。
典型的软开关AC-DC变换器拓扑包括LLC谐振变换器、LCC谐振变换器、全桥谐振变换器等。
这些拓扑通过使用谐振元件实现在开关器件开关或关断时达到零电压或零电流的条件，减少开关器件的损耗，提高变换器的效率。
3.软开关电力逆变器：软开关电力逆变器主要用于将直流电源转换为交流电源。
典型的软开关电力逆变器拓扑包括LLC谐振逆变器、LCC谐振逆变器、全桥谐振逆变器等。
这些拓扑结构通过使用谐振元件实现在开关器件开关或关断时达到零电压或零电流的条件，减少开关器件的损耗，提高逆变器的效率。
4.软开关交流驱动器：软开关交流驱动器主要用于交流电机的速度控制和驱动。
典型的软开关交流驱动器拓扑包括LLC谐振驱动器、LCC谐振驱动器、全桥谐振驱动器等。
这些拓扑结构通过使用谐振元件实现在开关器件开关或关断时达到零电压或零电流的条件，减少开关器件的损耗，提高交流电机的控制精度和效率。
不同软开关电路拓扑的特点如下：•LLC谐振拓扑：具有高效率和低损耗，适用于高功率应用，但拓扑结构复杂，控制较为复杂。
•LCC谐振拓扑：具有高效率和较低损耗，但电感元件的选取较为关键，控制较为复杂。
•全桥谐振拓扑：通过控制开关器件的工作状态和时间，实现零电压或零电流切换，减小开关损耗，适用于高功率和高频率应用。
DC-DC功率变换器软开关技术及Pspice仿真
DC/DC功率变换器软开关技术及Pspice仿真引言随着生产技术的发展，电力电子技术的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面，目前功率变换器的开关变换技术主要采用两种方式：脉宽调制(PWM)技术和谐振变换技术。
传统的PWM控制方式由于开关元件的非理想性，其状态变化需要一个过程，即开关元件上的电压和电流不能突变，开关器件是在承受电压或流过电流的情况下接通或断开电路的，因此在开通或关断过程中伴随着较大的损耗。
变频器工作频率一定时，开关管开通或关断一次的损耗也是一定的，所以开关频率越高，开关损耗就越大，因而硬开关变换器的开关频率不能太高。
相比之下软开关变换器的作用是，当电压加在器件两端或者电流流经器件时，抑制功率器件转换时间间隔,即软开关的开关管在开通或关断过程中，或是加于其上的电压为零，或是通过器件的电流为零。
这种开关方式明显减小了开关损耗，不仅可以允许更高的开关频率以及更宽的控制带宽，同时又可以降低dv/dt 和电磁干扰。
本文为了更好地说明不同软开关技术的区别，采用Pspice软件对其中两种有代表性的变换电路进行了仿真和分析。
图1 升压半波模式的零电压开关准谐振变换器原理图图2 开关管通断及其所受电压应力仿真波形图3 升压零电压PWM变换器原理图图4 主副开关管的驱动仿真波形软开关的原理谐振开关技术的核心问题是为器件提供良好的开关工作条件，使得器件在零电压或零电流条件下进行状态转变，从而把器件的开关损耗降到最低水平。
软开关下的器件通断可以明显减少功率的开关损耗。
减小开关损耗通常有以下两种方法：在开关管开通时，使其电流保持在零或抑制电流上升的变化率，减少电流与电压的重叠区，从而减少开通的功率损耗，即零电流导通；在开关管开通前，减小或消除加在其上的电压，即零电压导通。
减小关断损耗有以下两种方法：开关管关断前，减小或消除加在其上的电流，即零电流关断；开关管关断前，减小或消除加在其上的电压，即零电压关断。
一种新颖的软开关双向DCDC变换器
一种新颖的软开关双向DCDC变换器一、背景技术DCDC变换器是一种将直流电压转换为另一个直流电压的电力电子装置。
传统的DCDC变换器采用硬开关技术，即开关在导通和关断时都会产生较大的损耗和噪声。
这不仅降低了变换器的效率，还会产生电磁干扰，影响周边设备的正常运行。
为了解决这些问题，软开关技术被引入到DCDC变换器中。
软开关技术通过控制开关的导通和关断时间，降低开关损耗和噪声，从而提高变换器的效率并减少对周边设备的影响。
本文所介绍的软开关双向DCDC变换器正是基于这一技术发展而来的。
二、新型软开关双向变换器介绍该双向DCDC变换器的基本工作原理，包括其如何实现能量在两个方向上的转换。
详细描述其独特的软开关技术，以及这种技术如何减少开关损耗，提高效率。
描述该新型变换器的电路拓扑结构，包括主要的电力元件如开关器件、电感、电容等的连接方式。
解释电路设计如何实现软开关操作，以及电路的灵活性和可扩展性。
阐述该双向变换器的控制策略，包括如何精确控制开关动作以实现软开关条件，以及如何管理能量流向，确保能量转换的高效和稳定。
对比传统硬开关变换器和新型软开关双向变换器的性能，包括效率、功率密度、热管理等方面的优势。
强调新型变换器在特定应用场景下的性能提升。
如果可能，提供实验数据或仿真结果来验证新型软开关双向变换器的性能。
展示其在实际应用中的潜力和效果，以及与传统技术的对比。
探讨该新型变换器在不同领域的应用前景，如电动汽车、可再生能源系统、电力电子设备等。
讨论其如何满足未来能源管理和存储的需求。
三、性能优势与传统的硬开关DCDC变换器相比，这种新颖的软开关双向DCDC 变换器具有多项性能优势：高效率：由于采用了软开关技术，开关损耗大幅降低，整个变换器的效率得到了显著提高。
低噪声：由于辅助开关实现了软开关功能，开关过程中产生的噪声大幅减少，从而降低了对周边设备的影响。
稳定性好：由于采用了双向输电技术，该变换器可以在不同的输入和输出条件下保持稳定的输出，使其在许多电力电子设备中具有广泛的应用前景。
软开关双向DCDC变换器的研究
软开关双向DCDC变换器的研究一、本文概述1、介绍双向DCDC变换器的研究背景和意义随着可再生能源和电动汽车等领域的快速发展，对于高效、可靠且智能的电力转换系统的需求日益增加。
双向DC-DC变换器作为一种能够实现电能双向流动的电力转换装置，在这些领域中发挥着至关重要的作用。
本文旨在深入研究软开关双向DC-DC变换器的相关技术和应用，为提升电力转换系统的效率和可靠性提供理论支持和实践指导。
双向DC-DC变换器的研究背景主要源于其广泛的应用场景。
在可再生能源领域，如太阳能和风能发电系统中，由于电源的不稳定性和间歇性，需要一种能够灵活调节电能流动的装置来确保电力系统的稳定运行。
在电动汽车领域，双向DC-DC变换器可以实现车载电池与超级电容之间的能量双向流动，从而提高电动汽车的能量利用效率和动态性能。
研究双向DC-DC变换器的意义在于，通过优化其控制技术和拓扑结构，可以提高电力转换系统的效率和可靠性，降低能量损耗和系统成本。
随着智能电网和分布式发电系统的快速发展，双向DC-DC变换器在电能管理、优化调度和故障隔离等方面也发挥着越来越重要的作用。
因此，对软开关双向DC-DC变换器的研究不仅具有重要的理论价值，还具有广阔的应用前景。
本文将对软开关双向DC-DC变换器的相关技术和应用进行深入研究，旨在为其在可再生能源、电动汽车和智能电网等领域的应用提供理论支持和实践指导。
通过不断优化其控制技术和拓扑结构，有望推动电力转换系统向更高效、更可靠和更智能的方向发展。
2、软开关技术的概念、特点及其在双向DCDC变换器中的应用软开关技术是一种在电力电子领域广泛应用的创新技术，它通过在开关过程中引入谐振，使得开关的切换在零电压或零电流的条件下进行，从而显著降低了开关损耗，提高了系统的效率。
相比于传统的硬开关技术，软开关技术在开关动作时产生的电磁干扰（EMI）和噪声也大大减少，使得整个系统的可靠性得到了提升。
在双向DCDC变换器中，软开关技术的应用主要体现在两个方面：一是实现开关管的零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS），从而降低开关损耗，提高变换器的效率；二是通过谐振过程，实现能量的传递和回收，进一步提高系统的能量利用效率。
电流型零电压软开关并联谐振推挽DC_DC变换器
considering soft parameters (Kumaraswamy and Anvuur, 2008.By focusing on low bid price the client (or construction manager aims to select the contractor who performs the work at the lowest cost. However, this increases the risk of cost and schedule growth due to a higher number of change orders (Assaf and Al-Hejji, 2006; Wardani et al.,2006. Factors related to competence and experience, such as poor site management, supervision, and planning on behalf of the contractor, are common causes of cost and time overruns (Chan and Kumaraswamy, 1997; Assaf and Al-Hejji, 2006 poor customer satisfaction (Maloney,2002 and dismal safety performance (Ling et al., 2009.Careful partner selection (through bid evaluation based on suitable soft parameters considering desired competences ,experiences and attitudes can therefore reduce cost growth (Chua et al., 1997; Iyer and Jha, 2005; Wardaniet al., 2006 and time overruns (Chan and Kumaraswamy,1997; Assaf and Al-Hejji, 2006. Furthermore, it can improve quality (Yasamis et al., 2002, environmental performance (Shen and Tam, 2002, work environment (AiLin Teo et al., 2005; Ling et al., 2009; Rajendran and Gambatese,2009, and innovation (Manley, 2008; Bosch-Sijtsema and Postma, 2009; Caldwell et al., 2009. Thus, we see links to all success criteria, except for economic performance:P3: The higher the focus on soft parameters in the bid evaluation, the better the project performance in terms of:b: Time.c: Quality.d: Environmental impact.e: Work environment. f: Innovation.4.4. Subcontractor selection“＾２A domestic contract means that subcontractor selection is made by the contractor, while the client (or the construction manager selects the subcontractors in nominated contracts (Shoesmith, 1996. The selection can also be made jointly by both parties in collaboration (Erikssonand Nilsson,2008. In market relationships, contractors have total freedom to select their subcontractors, leaving the client with no control of who performs specialist work (Shoesmith, 1996. Domestic contracts therefore indicate a laissez-faire approach, while nominated contracts entail control and authority. The third alternative, joint subcontractor selection by both client (or the construction manager and contractor in collaboration, indicates a concern fo r both parties’ interests (Eriksson and Nilsson,2008.（３ｈ）（４）阿南电容（ｊ，和电感，。
原理简析 软开关DC
原理简析软开关DC
在当前的工作和市场应用过程中，全球范围内的DC-DC变换器主要存在有硬开关和软开关两种开关管技术。
相比较传统的硬开关模式，软开关不仅可以降低损耗，还可以有效的避免电磁干扰问题，因此软开关在2010年之后开始逐渐成为业内主流方向。
本文将会就DC-DC软开关技术展开简要叙述，帮助工程师更全面的了解该种技术的实践原理。
相信很多使用过硬开关DC-DC转换器的工程师都比较清楚的一点是，在传统的PWM DC-DC变换器中，功率元件MOSFET管主要是被当做开关管使用，借由开关管的开关方式传送能量。
然而在运行的过程中，当开关频率不断提高，虽然输出LC滤波元件体积可大幅缩小达到降低成本与小型化的目的，却因单位时间内的功率元件开关次数相对增加，开通及关断所带来的开关损耗及电磁干扰，而减少开关损耗的途径就是实现开关管的软开关，因此软开关技术应运而生。
在不断研发革新的过程中，目前全球常见的DC-DC软开关控制技术目前主要分为零电压开通和零点流关断两种。
下图中，图1和图2分别所示软开关过程轨迹图和软开关过程中的电压电流波形。
图1 DC-DC转换器软开关过程轨迹图
图2 DC-DC软开关过程中的电压电流波形
从图2中我们可以比较清楚的看出，当DC-DC转换器在使用了软开关的控制方式后，当开关开通前电压先降到零，而在关断前则电流先降到零。
这样的方案设置可以有效的消除开关过程中电压、电流的重叠区域，从而大大。
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摘要:本文提出一种新型零电流软开关(ZCS)DC-DC变换器.实现功率开关管的零电流软开关对于具有拖尾电流缺陷的IGBT具有明显的意义.借鉴传统的晶闸管关断电路方法,并结合其他软开关技术,可以实现全桥变换器所有开关管的零电流软开关,使IGBT器件在高电压、大功率场合使用中开关频率可以进一步提高,应用范围更加广泛.本文详细说明了这种变换器的拓扑结构和特点,并给出了计算机仿真结果和实验结果.
1 概述
实现功率器件的软开关是目前电力电子学领域的一个主要研究方向.绝缘栅双极晶体管(IGBT)本身固有的电流拖尾现象[1]限制了它在较高频率场合的应用,因此实现IGBT的零电流(ZCS)关断更具有明显的意义[2].
目前已有的全桥软开关技术最多只能实现滞后臂的零电流开关,而超前臂只能实现零电压开关(即ZVZCS)[3].如何让全桥电路的四个IGBT 都实现零电流开关,至少实现零电流关断,使之在更高频率下工作是个难题.
其实,应用在较低频场合、作为半控型器件代表的晶闸管(SCR)具有比IGBT等全控形器件更加严重的缺点,那就是它根本无法实现自关断.传统的晶闸管逆变器必须考虑换相,换相时要使一个管子开通,而另一个关断.这些关断方法现在都已经比较成熟.晶闸管的关断条件是其正向导通电流降到零.这给我们一个启示,即可以借鉴关断晶闸管的方法来实现IGBT的零电流关断.
2 电路拓扑介绍
晶闸管的换相方法可分为3大类:1.电源换相,2.负载换相(或自然换相),3.辅助电路换相.电源换相是在输入交流电的过零时刻换相;负载换相则是利用中频的感性或容性负载的电流或电压谐振来得到器件电流的过零点,实现换相.这两种方法都不适用于高频电路,只有辅助电路换相的方法可以适用于IGBT的零电流关断.图1是使用晶闸管的串联电感式逆变器原理图,图中的耦合电感L1、L2在需要使晶闸管关断时会给晶闸管施加一个反向电压,迫使其电流下降到零[4].图2就是借鉴这种方法实现的新型零电流软开关全桥DC-DC变换器拓扑图.
与传统的移相式零电压开关DC-DC变换器相比,此电路主要有4点不同:
(1)超前桥臂两IGBT之间串联了两个耦合电感L1、L2.正是这两个电感使这种变换器的前桥臂V1、V2实现了零电流关断,连接方法是同名端和异名端相连;
(2)开关管的控制方式与传统移相式全桥电路控制方式不同,普通全桥电路同一个桥臂的上下两个管子绝对不允许同时开通,否则会造成直流电源短路,因此还都必须设置死区时间,而本文提出的电路为了利用耦合电感,超前桥臂V1、V2的触发信号反而要有一个很小的重叠区间.普通移相控制的触发信号波形和本文介绍的超前臂重叠的触发信号波形图见图3.
(3)变压器原边支路串接了一个电容值相对较大的隔直电容Cb.Cb起到变压器漏感磁通复位的作用,使这种变换器滞后桥臂V3、V4实现零电流关断.
(4)增加了一个反馈变压器T2,变压器T2的作用与图1中的R1相同,都是为了消耗耦合电感换流时的能量,使电感磁通复位,使用前者的优点是能够把这部分能量反馈回直流电源,提高效率.
3 工作原理分析
此电路工作原理可以分为如下5段工作阶段进行描述.
(1)V1、V4稳定导通阶段(t0-t1).V1、V4导通,V2、V3关断,电流流过V1、Cb、变压器T原边、V4,此阶段为变换器主要工作时间,在这段时间内能量从变压器原边流向副边.隔直电容Cb比较大,可以认为是短路.L1中流过的电流在这个阶段之间几乎不变,可以看作直流电流,电容C1被短路,C2充电至电源电压,IL为变压器原边电流.
(2)V1、V2换流阶段(t1-t2).触发V2导通后,电容C2通过L2放电.由于磁通不能突变,在耦合电感的作用下,流过L1的电流迅速下降到零,同时流过L2的电流迅速上升到IL.电容C2的谐振放电回路除了L2支路外,也通过耦合电感的作用,经过L1、C1回路释放能量,若把耦合电感看作1:1的变压器,则是C2、L2组成变压器原边放电回路,L1、C1组成变压器副边放电回路.V1的反并联二极管中流过反向的电流.在反并联二极管导通时间内给V1关断信号,V1就实现了零电流关断.另一方面,由于漏感的作用,变压器原边的电流通过C1和C2继续维持,其能量来自直流电源和C2的储能.C2电压逐渐降低,C1电压逐渐升高.
(3)环流阶段(t2-t3).L1中电流谐振到零后,由于V1已经关断,电流不能再反向流动.L2中储存的能量在C1、C2和L1、L2之间谐振时,一部分通过反馈变压器T2不断地把能量反馈回直流电源,另一部分储存在隔直电容Cb里.在T2的阻尼作用和隔直电容Cb的作用下,环流过程很快结束.隔直电容Cb充有左正右负的电压.由于V4串联有二极管,电流不能反向流动,避免了电容Cb与电感之间继续谐振,为V4零电流关断创造了条件.
(4)滞后臂关断阶段(t3-t4).由于隔直电容Cb施加了反向电压,变压器原边电流逐渐减小到零.V4的关断信号来到时,V4的电流已经到零,实现了滞后臂零电流关断.
(5)另一桥臂导通(t4-t5).V4关断后,经过短暂的死区时间,V3开通.由于变压器T的漏感作用,V3的电流不能突变,因此V3是零电流开通的.同样,由于变压器的漏感和L2的共同作用,V2也实现了零电流开通.V3开通后,电流流经V3、变压器原边、Cb、L2、V2,并逐渐上升到IL,进入到另一对桥臂的稳定工作区间.
换流过程中超前桥臂V1、V2和滞后桥臂V4的触发信号Q1、Q2、Q4和电流信号I1、I2、I4波形示意图见图4.图中t2时刻,由于IGBT 的D-S极间电容的存在,I1的正向电流有个微小的振荡尖峰,同时也在I2中感应出同样的小尖峰.
4 各主要元件参数对性能的影响
在V1、V4导通的半个工作周期内,储能电容C2上的电压为电源电压Ud,储存的能量为.在V1、V2换流过程中,这部分能量在电感L1、L2和C1、C2之间振荡.这部分能量越大,电感值越小,则V1的反向二极管流过电流的时间越长,V1越容易实现零电流关
断.
但是,上述情况会造成如下不利影响:换流电路储能太多,这部分能量虽然可以通过反馈变压器向直流电源端回送,但难免在V2、D2等开关管中造成损耗.另外,电容C2越大,电感L2越小,流过V2的振荡电流峰值会很高,容易引起IGBT的损坏.
所以,电容C1、C2和电感L1、L2的选择应兼顾两个方面:1.保证超前桥臂IGBT在最大负载电流下能实现零电流关断.2.换流前的储能尽可能少,以免造成太大的损耗.
反馈变压器的作用是吸收振荡过程中的能量并回送电源.其变比影响到换流元件振荡的状态.如果变比太大,则会造成过阻尼振荡,电感磁通在一个工作周期内无法复位,电路不能正常工作.如果变比太小,则会造成欠阻尼振荡,振荡时间太长,能量不能迅速回馈,会造成额外的损耗.所以应设计反馈变压器变比,使换流元件的振荡过程为接近临界阻尼振荡的欠阻尼振荡.也就是振荡过程维持有限的几个周期就很快趋于稳态.
5 仿真波形
为了验证理论的可行性,笔者用PSIM仿真软件进行了仿真.PSIM是由加拿大Powersim Technologies Inc. 开发的、专门针对电力电子和电气传动装置设计仿真的软件.仿真电路如图2所示.仿真结果见图5.图中左边是超前桥臂IGBT换流阶段的电流波形和触发波形,右边是滞后桥臂的电流波形和触发波形.从图中可以看出超前桥臂的IGBT是零电流关断,而滞后桥臂的IGBT的开通和关断时刻都是零电流状态.
图5
6 试验结果
作者采用本文所述的原理,制作了一台1kW、50kHz的样机.用示波器观察IGBT的电流和触发信号的时序关系,可以验证本文的理论.图6是V1-V2换流阶段V1的电流波形(上半部,Y-2.5A/div,X-100ns/div)和触发波形(下半部,Y-5V/div),图7是滞后臂V4开通时的电流波形(上半部,Y-2.5A/div,X-100ns/div)和触发波形(下半部,Y-5V/div),图8是V4关断时的电流波形(上半部,Y-2.5A/div,X-100ns/div)和触发波形(下半部,Y-5V/div).从图6、图7、图8可以看出超前桥臂的零电流关断和滞后桥臂的零电流开通、零电流关断.
实验结果,变换器的总体效率达到92.3%.
7 总 结
与现有的各种软开关电路相比较,本课题提出的零电流软开关全桥变换器真正实现了所有开关器件的零电流关断,对存在拖尾电流特性的IGBT 器件更有针对性,趋利避害,扬长避短,使得应用IGBT 作为开关器件的高电压、中大功率变换器可以进一步提高频率,从而在高效率、低噪声的前提下缩小了变换器体积、增加了功率密度、提高了运行可靠性.
此电路的缺点是超前桥臂换流阶段的开通过程不是零电流开通,因而存在开通损耗.但对于IGBT 器件来说,硬开通损耗要比硬关断小得多,本文介绍的变换器仍能从总体上提高工作效率.。