移相全桥软开关DCDC变换器的研究
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ｆ传统移相全桥ＺＶＳ ＤＣ／ＤＣ变换器具有两个主要的缺点：～是副边占空比丢 失较大，二是变换器在轻载时无法实现滞后桥臂开关管的ＺＶＳ。ＺＶＳ的实现是
以牺牲变压器副边一定量的占空比为代价的，它无法消除只能尽量减小。在低压 大电流输入的情况下，副边占空比的丢失尤为严重，导致变换器的效率低下，使 得实现ＺＶＳ变得没有意义。论文通过在传统移相全桥ＤＣ／ＤＣ变换器的变压器原 边串入可饱和电感，大大减小了副边占空比的丢失，同时在滞后桥臂并联辅助谐 振网络，使得滞后桥臂开关管在轻载时也能实现ＺＶＳ，并迸一步减小了副边占 空比的丢失。可饱和电感和辅助谐振网络的引入解决了低压大电流输入情况下宽 负载范围内实现ＺＶＳ和副边占空比丢失严重的矛盾，在实现ＺＶＳ的同时将副边 占空比丢失减小到几乎为零，使得移相全桥ＺＶＳ技术能够很好地应用于这类
ａｄｏｐｔｓ Ｐｈａｓｅ—Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｕｌｌ—Ｂｒｉｄｇｅ ｚｅｒｏ—ｖｏｌｔａｇｅ—ｓｗｉｔｃｈｅｄ（ＰＳ ＦＢ ＺＶＳ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈａｒｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｗａｓｔａｇｅ．Ｉｔ ｇｅｔｓ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．
±里！！兰堕皇三！壅堕堡：！兰垡堕苎
鳖塑全堡墼墅茎里璺竺￡奎垫墨！！！！里
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｏｎｔｒｏｌ
ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｐａｒｔ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｓｏｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ
Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｔＷＯ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＦＢ ＰＳ ＺＶＳ ＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ｏｎｅ
ｉｓ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｗｉｎｄｉｎｇ ｉｓ ｈｉｇｈ，ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ ｉｔ
ＤＣ／ＤＣ变换器中／刀
为了使变换器具有良好的动静态特性，变换器必须实现闭环控制。论文采用 能。
在理论分析的基础上，论文对该变换器进行了仿真研究，设计了该变换器主 电路、控制电路和闭环反馈环节的各项参数，并对变换器的各项性能进行了研究。
最后论文给出了该变换器原理样机的实验结果。 关键词：ＤＣ／ＤＣ变换器；移相全桥：零电压开关；平均电流模式；辅助谐振
在ＤＣｆＤＣ变换器中，高功率密度和大容量化是其主流发展方向之一。在！ 些特殊的应用领域，例如需要蓄电池供电的场合、新能源技术中太阳能与燃料电 池的研究与开发、电动汽车的研究与开发和军工等领域，需要将十几伏至二十几 伏的低压直流电，转换成几百伏的高压直流电，供给逆变器或其它负载使用。低 压大电流输入情况下的ＤＣ／ＤＣ变换器急待解决的一个问题就是效率问题，即如 何降低损耗。由于低压大电流输入ＤＣＰＤＣ变换器应用的领域比较少，导致对低 压大电流输入、高压大功率输出的ＤＣ／ＤＣ变换器的研究也很欠缺，有必要对这 类变换器进行研究和探讨，选择出合理的方案，研制出在低压大电流输入情况下 的高功率密度，高可靠性、高效率、大容量的ＤＣｆＤＣ变换器。本论文正是针对 这一背景提出来的。
ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｈａｓ ａｌｗａｙｓ ｂｅｅｎ ｔｈｅ ｇｏａｌ ｔｏ ｐｕｒｓｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｍｏｄｅｍ
ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ．Ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｇｏａｌ，ａ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．
中Ｎ｛４１学院电工研究所硕士学位论文
移相仝桥软开关ＤＣ／ＤＣ变换器的研究
开关技术，已成为趋势。最早的软开关技术是谐振变换器（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ） “１。但是谐振变换器，诸如串联谐振变换器（Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＳＲＣ）、 并联谐振变换器（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＰＲＣ）、以及准谐振变换器 （Ｑｕａｓｉ．Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＱＲＣ）和多谐振变换器（Ｍｕｌｔｉ－Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ， ＭＲＣ）很难实现ＰＷＭ控制，而是通过频率调制方式（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＦＭ） 来控制。为了在很宽的输入电压和负载变化范围内调节输出电压，开关频率范围 要求很宽，一方面使得控制方式变得复杂，另一方面也使得输出滤波器的优化设 计十分困难，磁性元件体积和重量的减小受到限制，而且开关管和谐振电感、谐 振电容的电压和电流应力较大。
中国科学院电工研究所 硕士学位论文
移相全桥软开关DC/DC变换器的研究 姓名：张先谋
申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动
指导教师：李耀华 2002.6.13
中国科学院宅工研究所硕上｜学位论文
摘要
移帽全桥软开关ＤＣ／ＤＣ变换器的研究
弋¨ｈ豇
本论文研究了以全桥变换器作为主电路拓扑、以移相谐振控制芯片ＵＣ３８７５ 作为主控芯片、以移相控制方式作为控制方案的移相全桥软开关ＤＣ／ＤＣ变换器。 该变换器的输入电压为２４ＶＤＣ，输出电压为３００ＶＤＣ。商功率密度、离效率和 高性能是现代电力电子功率变换器不断追求的目标。从这～点出发，本文从主电 路拓扑选择，控制方案确定等方面入手，通过理论分析和仿真计算，设计并制作 了该变换器的原理样机。
ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｕｓｔ ｂｅ ｂａｓｅｄ
ｏｎ ｑｕｉｃｋｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｏｆｔ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｓ ｄｅｓｉｒｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｉｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｉｔ ｈａｖｅ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ＺＶＳ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａ ｓａｔｕｒａｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｔｏ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ａ ｄｏｕｂｌｅ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ
ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｖｅｒａｇｅ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ
§１．２国内外ＤＣ／ＤＣ变换器技术研究现状和发展趋势
在高频化和大容量化方面，国内外对ＤＣｆＤＣ变换器的研究都取得了长足的 进展，其发展速度是相当快的。在高频化方面，国外己研制出了开关频率几千赫 兹甚至几十千赫兹的ＤＣ／Ｄｃ变换器，国内对几千赫兹的ＤＣｆＤＣ变换器的研究也 正Ｆ｜趋成熟。在大容量化方面，国内ＤＣｆＤＣ变换器单机输出功率已达到了几千 至十几千伏安。ＤＣｆＤＣ变换器中软开关技术的使用越来越普遍，逐渐取代了硬
ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｎｅａｒｌｙ ｔｏ ｚｅｒｏ ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ＦＢ ＰＳ ＺＶＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｃａｎ ｂｅ ｃｏｍｍｅｎｄａｂｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ ｏｆＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ．
Ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂｏｔｈ ｓｔａｔｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ，ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ
论文选取全桥变换器作为主电路拓扑。全桥变换拓扑优点较多，是高质量、 大功率变换的主流拓扑。功率密度的提高必须提高开关频率，这就要求实现开关 管的软开关。论文以移相全桥零电压开关（Ｚｅｒｏ—Ｖｏｌｔａｇｅ—Ｓｗｉｔｃｈｅｄ，ＺＶＳ）技术取 代了传统的双极性硬开关技术，降低了开关管的开关损耗，取得了良好的效果。
ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｅｒ ａｒｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
ＰａｐｅＬ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄ ＦＢ；ＺＶＳ；ａｖｅｒａｇｅ。ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ；
ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｔｕｒａｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ
ｃｉｒｃｕｉｔ ｒｅｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｆｌｉｃｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ＺＶＳ ｉｎ ａ ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｌｏａｄ ａｎｄ ｓｅｒｉｏｕｓ ｌｏｓｓ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｉｎ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ，ｈｉｇｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｐｕｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｉｔ ｒｅａｌｉｚｅｓ ＺＶＳ ｗｈｉｌｅ
ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｉｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｔｕｒａｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｇｇｉｎｇ ａｒｎｌ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ＺＶＳ ｉｎ ｌｉｇｈｔ ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ
ｉｓ ｈａｒｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ＺＶＳ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｇｇｉｎｇ ａｒｎｌ ｉｎ ｌｉｇｈｔ ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＺＶＳ ｉｓ ａｔ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｇｉｖｉｎｇ ｕｐ ａ ｍｏｉｅｔｙ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ，ｉｔ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｉｄｅａ ｔＯ ａｖｏｉｄ ｉｔ．Ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｉｓ ｓｅｒｉｏｕｓ ｉｎ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ，ｈｉｇｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｐｕｔ
Ｆｕｌｌ—Ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｄｕｅ ｔｏ ｍａｎｙ ｏｆ ｉｔｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔｈｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ，
！堕登兰堕生三竺塞堕婴主兰垡婆苎
堡塑全堡竺茎茎里呈里曼奎塑堂堂！里！翌
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ａ ２４ＶＤＣ／３００ＶＤＣ，Ｐｈａｓｅ—Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｕｌｌ－Ｂｒｉｄｇｅ ｓｏｆｔ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ＤＣｆＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ＵＣ３８７５ ａｓ ｉｔｓ ｋｅｒｎｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｈｉ【ｇｈ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ
ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ
中国科学院电工研究所硕士学位论文
移相全桥软开关ＤＣ九）Ｃ变换器的研究
第一章绪论
§１．１课题背景
ＤＣｄ）Ｃ变换器将输入的直流电压，经过高频斩波或高频逆变后，通过整流和 滤波环节，转换成所需要幅值的直流电压。它在家用电器、工业控制、通信、国 防、交通等领域都有广泛的应用。ＤＣｆＤＣ变换器作为开关电源中的重要组成部 分，人们对其性能、重量、体积、效率和可靠性也提出了更高的要求。随着近年 来电力电子技术的迅猛发展，新的电子元器件、新的电磁材料、新的变换技术、 新的控制理论和软件不断涌现，使得高效率、高功率密度、高质量输出和高可靠 性成为包括ＤＣ／ＤＣ变换器在内的各种功率变换器不断追求的目标，同时也使这 一目标的实现成为可能。
以牺牲变压器副边一定量的占空比为代价的，它无法消除只能尽量减小。在低压 大电流输入的情况下，副边占空比的丢失尤为严重，导致变换器的效率低下，使 得实现ＺＶＳ变得没有意义。论文通过在传统移相全桥ＤＣ／ＤＣ变换器的变压器原 边串入可饱和电感，大大减小了副边占空比的丢失，同时在滞后桥臂并联辅助谐 振网络，使得滞后桥臂开关管在轻载时也能实现ＺＶＳ，并迸一步减小了副边占 空比的丢失。可饱和电感和辅助谐振网络的引入解决了低压大电流输入情况下宽 负载范围内实现ＺＶＳ和副边占空比丢失严重的矛盾，在实现ＺＶＳ的同时将副边 占空比丢失减小到几乎为零，使得移相全桥ＺＶＳ技术能够很好地应用于这类
ａｄｏｐｔｓ Ｐｈａｓｅ—Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｕｌｌ—Ｂｒｉｄｇｅ ｚｅｒｏ—ｖｏｌｔａｇｅ—ｓｗｉｔｃｈｅｄ（ＰＳ ＦＢ ＺＶＳ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈａｒｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｗａｓｔａｇｅ．Ｉｔ ｇｅｔｓ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．
±里！！兰堕皇三！壅堕堡：！兰垡堕苎
鳖塑全堡墼墅茎里璺竺￡奎垫墨！！！！里
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｏｎｔｒｏｌ
ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｐａｒｔ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｓｏｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ
Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｔＷＯ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＦＢ ＰＳ ＺＶＳ ＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ｏｎｅ
ｉｓ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｗｉｎｄｉｎｇ ｉｓ ｈｉｇｈ，ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ ｉｔ
ＤＣ／ＤＣ变换器中／刀
为了使变换器具有良好的动静态特性，变换器必须实现闭环控制。论文采用 能。
在理论分析的基础上，论文对该变换器进行了仿真研究，设计了该变换器主 电路、控制电路和闭环反馈环节的各项参数，并对变换器的各项性能进行了研究。
最后论文给出了该变换器原理样机的实验结果。 关键词：ＤＣ／ＤＣ变换器；移相全桥：零电压开关；平均电流模式；辅助谐振
在ＤＣｆＤＣ变换器中，高功率密度和大容量化是其主流发展方向之一。在！ 些特殊的应用领域，例如需要蓄电池供电的场合、新能源技术中太阳能与燃料电 池的研究与开发、电动汽车的研究与开发和军工等领域，需要将十几伏至二十几 伏的低压直流电，转换成几百伏的高压直流电，供给逆变器或其它负载使用。低 压大电流输入情况下的ＤＣ／ＤＣ变换器急待解决的一个问题就是效率问题，即如 何降低损耗。由于低压大电流输入ＤＣＰＤＣ变换器应用的领域比较少，导致对低 压大电流输入、高压大功率输出的ＤＣ／ＤＣ变换器的研究也很欠缺，有必要对这 类变换器进行研究和探讨，选择出合理的方案，研制出在低压大电流输入情况下 的高功率密度，高可靠性、高效率、大容量的ＤＣｆＤＣ变换器。本论文正是针对 这一背景提出来的。
ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｈａｓ ａｌｗａｙｓ ｂｅｅｎ ｔｈｅ ｇｏａｌ ｔｏ ｐｕｒｓｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｍｏｄｅｍ
ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ．Ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｇｏａｌ，ａ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．
中Ｎ｛４１学院电工研究所硕士学位论文
移相仝桥软开关ＤＣ／ＤＣ变换器的研究
开关技术，已成为趋势。最早的软开关技术是谐振变换器（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ） “１。但是谐振变换器，诸如串联谐振变换器（Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＳＲＣ）、 并联谐振变换器（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＰＲＣ）、以及准谐振变换器 （Ｑｕａｓｉ．Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＱＲＣ）和多谐振变换器（Ｍｕｌｔｉ－Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ， ＭＲＣ）很难实现ＰＷＭ控制，而是通过频率调制方式（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＦＭ） 来控制。为了在很宽的输入电压和负载变化范围内调节输出电压，开关频率范围 要求很宽，一方面使得控制方式变得复杂，另一方面也使得输出滤波器的优化设 计十分困难，磁性元件体积和重量的减小受到限制，而且开关管和谐振电感、谐 振电容的电压和电流应力较大。
中国科学院电工研究所 硕士学位论文
移相全桥软开关DC/DC变换器的研究 姓名：张先谋
申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动
指导教师：李耀华 2002.6.13
中国科学院宅工研究所硕上｜学位论文
摘要
移帽全桥软开关ＤＣ／ＤＣ变换器的研究
弋¨ｈ豇
本论文研究了以全桥变换器作为主电路拓扑、以移相谐振控制芯片ＵＣ３８７５ 作为主控芯片、以移相控制方式作为控制方案的移相全桥软开关ＤＣ／ＤＣ变换器。 该变换器的输入电压为２４ＶＤＣ，输出电压为３００ＶＤＣ。商功率密度、离效率和 高性能是现代电力电子功率变换器不断追求的目标。从这～点出发，本文从主电 路拓扑选择，控制方案确定等方面入手，通过理论分析和仿真计算，设计并制作 了该变换器的原理样机。
ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｕｓｔ ｂｅ ｂａｓｅｄ
ｏｎ ｑｕｉｃｋｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｏｆｔ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｓ ｄｅｓｉｒｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｉｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｉｔ ｈａｖｅ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ＺＶＳ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａ ｓａｔｕｒａｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｔｏ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ａ ｄｏｕｂｌｅ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ
ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｖｅｒａｇｅ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ
§１．２国内外ＤＣ／ＤＣ变换器技术研究现状和发展趋势
在高频化和大容量化方面，国内外对ＤＣｆＤＣ变换器的研究都取得了长足的 进展，其发展速度是相当快的。在高频化方面，国外己研制出了开关频率几千赫 兹甚至几十千赫兹的ＤＣ／Ｄｃ变换器，国内对几千赫兹的ＤＣｆＤＣ变换器的研究也 正Ｆ｜趋成熟。在大容量化方面，国内ＤＣｆＤＣ变换器单机输出功率已达到了几千 至十几千伏安。ＤＣｆＤＣ变换器中软开关技术的使用越来越普遍，逐渐取代了硬
ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｎｅａｒｌｙ ｔｏ ｚｅｒｏ ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ＦＢ ＰＳ ＺＶＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｃａｎ ｂｅ ｃｏｍｍｅｎｄａｂｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ ｏｆＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ．
Ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂｏｔｈ ｓｔａｔｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ，ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ
论文选取全桥变换器作为主电路拓扑。全桥变换拓扑优点较多，是高质量、 大功率变换的主流拓扑。功率密度的提高必须提高开关频率，这就要求实现开关 管的软开关。论文以移相全桥零电压开关（Ｚｅｒｏ—Ｖｏｌｔａｇｅ—Ｓｗｉｔｃｈｅｄ，ＺＶＳ）技术取 代了传统的双极性硬开关技术，降低了开关管的开关损耗，取得了良好的效果。
ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｅｒ ａｒｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
ＰａｐｅＬ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄ ＦＢ；ＺＶＳ；ａｖｅｒａｇｅ。ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ；
ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｔｕｒａｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ
ｃｉｒｃｕｉｔ ｒｅｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｆｌｉｃｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ＺＶＳ ｉｎ ａ ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｌｏａｄ ａｎｄ ｓｅｒｉｏｕｓ ｌｏｓｓ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｉｎ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ，ｈｉｇｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｐｕｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｉｔ ｒｅａｌｉｚｅｓ ＺＶＳ ｗｈｉｌｅ
ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｉｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｔｕｒａｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｇｇｉｎｇ ａｒｎｌ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ＺＶＳ ｉｎ ｌｉｇｈｔ ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ
ｉｓ ｈａｒｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ＺＶＳ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｇｇｉｎｇ ａｒｎｌ ｉｎ ｌｉｇｈｔ ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＺＶＳ ｉｓ ａｔ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｇｉｖｉｎｇ ｕｐ ａ ｍｏｉｅｔｙ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ，ｉｔ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｉｄｅａ ｔＯ ａｖｏｉｄ ｉｔ．Ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｉｓ ｓｅｒｉｏｕｓ ｉｎ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ，ｈｉｇｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｐｕｔ
Ｆｕｌｌ—Ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｄｕｅ ｔｏ ｍａｎｙ ｏｆ ｉｔｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔｈｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ，
！堕登兰堕生三竺塞堕婴主兰垡婆苎
堡塑全堡竺茎茎里呈里曼奎塑堂堂！里！翌
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ａ ２４ＶＤＣ／３００ＶＤＣ，Ｐｈａｓｅ—Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｕｌｌ－Ｂｒｉｄｇｅ ｓｏｆｔ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ＤＣｆＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ＵＣ３８７５ ａｓ ｉｔｓ ｋｅｒｎｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｈｉ【ｇｈ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ
ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ
中国科学院电工研究所硕士学位论文
移相全桥软开关ＤＣ九）Ｃ变换器的研究
第一章绪论
§１．１课题背景
ＤＣｄ）Ｃ变换器将输入的直流电压，经过高频斩波或高频逆变后，通过整流和 滤波环节，转换成所需要幅值的直流电压。它在家用电器、工业控制、通信、国 防、交通等领域都有广泛的应用。ＤＣｆＤＣ变换器作为开关电源中的重要组成部 分，人们对其性能、重量、体积、效率和可靠性也提出了更高的要求。随着近年 来电力电子技术的迅猛发展，新的电子元器件、新的电磁材料、新的变换技术、 新的控制理论和软件不断涌现，使得高效率、高功率密度、高质量输出和高可靠 性成为包括ＤＣ／ＤＣ变换器在内的各种功率变换器不断追求的目标，同时也使这 一目标的实现成为可能。