零电压多谐振降压式电路设计

电力电子技术课程设计

班级：电气1102

学号：111704207

姓名：韩爽

扬州大学水利与能源动力工程学院

电气工程及其自动化

二零一五年一月

目录

第1章任务书 (1)

一、课程设计的内容 (1)

二、课程设计的目的和要求： (1)

三、仿真软件的使用 (1)

四、时间安排 (2)

五、设计总结报告主要内容 (2)

第2章软开关的类型 (4)

2.1 软开关的基本概念 (4)

2.2 软开关电路分类 (6)

2.3 谐振开关变换器工作原理 (8)

第3章主要单元电路 (10)

3 .1零电压开关准谐振变换器 (10)

3.1.1几种常见结构 (10)

3.1.2工作原理 (11)

第4章主电路的设计及参数的确定方法 (14)

4.1零电压多谐振降压式变换器工作原理 (14)

4.2设计参数的确定 (15)

第5章理论仿真结果分析 (16)

5.1原件参数的仿真研究 (16)

第6章心得体会 (18)

参考文献 (19)

第1章任务书

一、课程设计的内容

零电压多谐振降压式变换器及其研究

二、课程设计的目的和要求：

1、进一步熟悉和掌握电力电子原器件的器件；

2、进一步熟悉和掌握电力电子电路的拓扑结构和工作原理；

3、掌握电力电子电路设计的基本方法和技术，掌握有关电路参数设计的方法；

4、培养对电力电子电路的性能分析的能力；

5、培养撰写研究设计报告的能力。

三、仿真软件的使用

在电力电子系统中，需要应用大功率开关器件，因此对工程人员来说对所设计的电路最好能通过计算机分析和仿真，不断修改和完善电路。

PSPICE是当今世界上著名的电路仿真标准工具之一，是较早出现的EDA软件之一，1985年就由MICROSIM公司推出。现在使用较多的是PSPICE 6.2，工作于Windows环境，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体，但各个部分各有各的窗口。新推出的版本为PSPICE 9.2，是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，包括IGBT、脉宽调制电路、模／数转换、数／模转换等，都可以得到精确的仿真结果。对于库中没有的元器件模块，还可以自已编辑。PSPICE可以对电路进行以下一些工作：

1.制作实际电路之前，仿真该电路的电性能，如计算直流工作点（Bias Point），进行直流扫描（DC Sweep）与交流扫描（AC Sweep），显示检测点的电压电流波形等。

2.估计元器件变化（Parametric）对电路造成的影响。

3.分析一些较难测量的电路特性，如进行噪声（Noise）、频谱（Fourier）、器件灵敏度（Sensitivity）、温度（Temperature）分析等。

4.优化设计。PSPICE主要包括Schematics、Pspice、Probe、Stmed（Stimulus Editor）、Parts 等5个软件包。其中：

○1.Schematics是一个电路模拟器。它可以直接绘制电路图，自动生成电路描述文件；并可对电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、环境温度分析、蒙特卡罗分析和灵敏度分析等多种分析；而且还可以对元件进行修改和编辑。

○2.Pspice是一个数据处理器。它可以对在Schematics中所绘制的电路进行模拟分析，运算出结果并自动生成输出文件和数据文件。

○3.Probe是后处理器，相当于一个示波器。它可以将在Pspice运算的结果在屏幕或打印设备上显示出来。模拟结果还可以接受由基本参量组成的任意表达式。

○4.Stmed是产生信号源的工具。它在设定各种激励信号时非常方便直观，而且容易查对。

○5.Parts是对器件建模的工具。它可以半自动地将来自厂家的器件数据信息或用户自定义的器件数据转换为Pspice中所用的模拟数据，并提供它们之间的关系曲线及相互作用，确定元件的精确度。

四、时间安排

1、方案设计：

根据课程设计给定的内容和条件，进行调查研究、查阅参考文献，进行反复比较和可行性论证，确定出方案电路，画出主要单元电路、输入、输出及重要控制信号概貌的框图。

2、电路设计：

根据方案设计框图，仿真软件上画出详细的逻辑图。

3、结合具体电路，设定合适的参数

4、进行电路的仿真

5、总结鉴定：考核所设计电路是否全面达到预定的技术指标，能否长期可靠地工作，并

写出设计总结报告。

五、设计总结报告主要内容

1、课程设计报告的题目

2、课程设计的内容

3、所设计电路的工作原理（包括电路原理图、理论波形）

4、电路的设计过程

5、各参数的计算

6、仿真模型的建立、仿真参数的设置

7、进行仿真实验，列举仿真结果

8、对仿真结果的分析

9，结论与收获

第2章 软开关的类型

2.1 软开关的基本概念

在电力开关变换器的发展过程中，20世纪50年代，脉宽调制(PWM)硬开关技术的出现，为电

力电子技术的发展揭开了新的序幕。PWM 技术以其电路简单，控制便而获得了广泛应用。一般说

来，PWM 技术是指在开关变换过程中保持开关频率恒定但是通过改变开关的接通时间长短，使得

当负载变化时，负载上的电压输出变化不大的方法。但是这种开关技术是一种“硬开关”，即开

关管的通断控制与开关管上流过的电流和器件两端所加的电压无关，功率开关管的开通和关断是

在器件上的电压或电流不等于零的状态下强迫进行的，开关损耗很大。尤其是现代电力电子技术

正在向高频更高频的方向发展，PWM 硬开关技术使得开关损耗已经成为高频化发展的显著障碍。

下面详细说明开关损耗的产生机理如图2.1

a ） 硬开关的开通过程

b ）硬开关的关断过程

2.1硬开关的开关过程

开关电源中所应用的功率开关器件GTR ，MOSFET 等并不是理想的开关器件。在硬开关开

关电源技术中，如图2．8在开通的过程中开关管的电压不是立即下降到零，而是有一个下降时

间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，也有一个上升时间。在这段时间里，电压和电流

有一个交叠区，从而产生损耗，称之为开通损耗,其值由式(2-1)给出：

dt I V on P ce T

ce loss ⎰=0)( （2-1） 式中T 是开通或关断时间。

当开关管关断时，开关管的电压不是立即上升到电源电压，而是有一个上升时间，同时开关