零电流开关全桥变换器设计研究文献综述

 2023-08-10 16:16:42

一、选题背景和意义:

电能形式的指标可以是电压、电流、功率等。开关电源指将一种形式的电能转换为另一种形式的对外侧提供直流电能的装置。直流-直流变换器即DC-DC变换器,是将一种直流电能转换成另一种直流电能的开关电源。

便携式电子设备在今年来的飞速发展,例如智能手机和平板电脑,这些设备主要由电池供电。这样的电子设备通常包含几个子电路,每个子电路都有其自己的电压水平要求,该电压水平要求与电池或外部电源所提供的电压水平有所不同,高于或低于电源电压。而便携式电子设备只携带一个电池是非常有利的,这就需要DC-DC变换器的应用,从而节省空间,而无需使用多个电池来完成同一任务。

而目前的电力牵引领域,如地铁、城市轻轨、无轨电车、电气机车、电铲车和电瓶车等,传统的变阻器调压,耗电多、效率低、运行平稳性差,且其调速是有级的。转而应用DC-DC技术实现电动车的启动、调速和制动后,不仅能够实现无级调速、提高运行的平稳性,效率也得到了极大的提高,对比变阻器方式节电20%—30%。

而随着环境污染日益加剧、温室效应、能源储备消耗速度过快等问题,新能源利用和开发被推上了发展日程,而新能源发电如风能、太阳能发电,是新能源开发和利用的主要形式,其污染小、可持续,成为了目前各国能源规划的重心。而由于新能源发电及储能装置含有直流环节,如果以交流电形式馈入电网,需经过直交或交直交逆变环节,增大能量损耗。而采用新能源直流并网技术则可以解决上述问题,逐渐成为研究热点。DC-DC技术就成为了新能源发电装置并入高压直流电网的关键。

如前所述,DC-DC技术从小功率的便携式电子设备,到关乎日常的电力牵引领域,再到有关民生福祉的能源问题,无处不在,可见其重要性。DC-DC变换器有多种类型,包括电感类变换器、电容类变换器、谐振类变换器、变压器类变换器等。利用变压器很容易实现电气隔离以及电压等级的变换,故一直以来是DC-DC变换器研究的重点。而变压器类DC-DC转换器的实现需要功率开关的配合。而如果采用硬开关方式,功率开关的损耗大、发热严重且电磁干扰严重。这就需要软开关改变器件的开关方式,使得功率开关在原理上实现效率的提高,损耗的减少。其中全桥结构由于能够实现主开关的软开关特性达到较高的转化效率而广泛应用于DC-DC变换器中。

对于变压器类DC-DC全球变换器中功率开关的软开关方式进行研究,能有效降低损耗,提高DC-DC变换器的电能传输效率,使得DC-DC变换器的应用更为广泛且更具优势。

文献综述(或调研报告):

电力电子器件的高频率化导致了一系列损耗加重及电磁干扰的问题,在这种情况下,更改开关方式就成为了必然的趋势,由此便产生了软开关技术,即通过在零电压或零电流情况下实现通、断状态的转换,从而有效降低开关损耗,为器件提供良好的开关条件。如前所述,软开关技术主要有两个研究思路,一是使器件开关前两端电压就已经为零,这种方式被称为零点压开关(Zero-Voltage-Switching, ZVS),二是使器件开关前流过的电流就已经为零,这种方式被称为零电流开关(Zero-Current-Switching, ZCS)。随着研究的深入,一种新的软开关技术被提出,这就是零电压和零电流开关技术(Zero-Voltage and Zero-Current-Switching, ZVZCS),ZVZCS全桥转换器可通过在续流期间重置一次电流来实现超前桥臂的ZVS和滞后桥臂的ZCS,从而减少滞后桥臂的关断损耗并提高效率。

1.ZVS全桥变换器

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