1、 分 类号 学历 硕 士学位 类别 ：功 率 变 换 的工 作 原 理 ， 分析了 移 相 全 桥式滞 后 臂 实现 零 电 压关 断 困 难 以 及占空比 丢失 的原 因 以 及采取 相 应 的改善措 施 。 分析了 双向 变 换 器 产生 偏 磁的原 因 以 及采取 抗偏 磁 的措 施 。 在已有 的分析基 础 上 ， 首 先对 所提出的方 案进 行了 仿 真 ， 证明 了 该 方 案的可 行性 。 在此 基础 上 ， 试制 了 一台实验样 机 。 该 实验样 机 的各 项 指标 达 到 了 设 计要 求 。关 键词： 双向 软 开 关仿真 瓸 双 向 变换 器 的 主 电 路拓 扑 图
2、降 压 变换 时 的 主 电 路拓 扑 图 。图 升 压 开 关 管 的 驱 动电 路 图 降 压 变换 时 变压 器 高 压 侧 电 压 仿 真波 形 、两 端的 电 压 波 形 事哆扒第 一章绪展。 双 向 疘 变 换器的应 用在直流不停 电 的电 源 系统 中 一般有 两 种模式 ： 一种是如图 所示的供电 模式 。 在直流侧直接 并联 合 适 的电 压等 级 蓄 电 池 ， 保 证 直流负载 的不间 断供电 。当 外 部的交 流电 压掉电 时， 由 蓄 电 池 对负载 供电 ； 正 常供电 时， 对蓄 电 池 充 电 。该 系统 的优 点 就 是结构 简 单 ， 但 是由 于蓄电 池
3、的电 压变 化很 大 ， 会造成 直流母线 上的电 压也 变 化 很 大 。 另 一种形 式 就 是采 用 双 向 交 换器的形 式 ， 蓄 电 貄 图 双 向 变 换器用 于 交 流不停 电 电 源 系统 谙呤 。 图 为 一个简 单 航 空电 源 的供电 模式 图。圈 航 空电 源 的供电 模式由 于 现 代科 技 不断的发 展 和 进 步 ， 汽 车 尾气 成 为 环 境 主要污 染 源 之 一， 已经 引 起了 世 界 各国 的严重 关 注 。 出于 对环 保 和 能源 的要求和 考 虑 ， 电 动 汽 车 有可能成 为 陆 地 上最 重 要的交 通 工具 之 ； 电 动 汽 车 是以
4、 电 能作为 主要能源 ， 通过电 动 机来 驱 动 汽 车 。 电 动 汽 车 与燃 油 汽 车 相比 较 而 言 ， 它具 有 减少 环 境 污 染 ，提 高 能源 利用 率 等 优 点 。图 直接 驱 动 直流电 机的双 向 变 换器图 直接 驱 动 直流电 机的双 向 变 换器 ； 图 燃 料电 池 和 蓄 电 池 配 套 使 用 的双 向 变 换器直流功 率 放大 器也 是双 向 变 换器运 用 的一个重 要领 域 ， 当 然也 可以 双 向 变 换器的原理斗 6 鬩 脊流动 的方向称 为 正 向工作模式 缒芰 看 觱 偷 絍 反 之 称 为 反 向工作模式 缒芰 看 觱 偷 絭 。
5、 双 向 变 换器与传 统 的采 用 两 套 单 向 交 换器相比 较 而 言 ， 使 用 的元 器件 较 少 ， 而 且可 良更 快 的实 现 能量 的两 个方向传 输 转 换。 并且双 向 变 换器具 有 体 积小 、 效率 高 、 动 态性能好、 低 成 本等 优 点 。 二牛 二 匕 乡 丁 吩 一 最 去本 二 薛种形 式 的变 换器都 可以 由 这六种变 换器经 过适 当 的变 换得 到。 另 外 带 变 压器隔离的单 向 变 换器也 有 对应 的双 向 变 换器。 如正 激式 变 换器、 反激式 变 换器、 推挽 式 变 换器、 全桥 式 和 半 桥 式 变 换器以 及一些 其它
6、混合 式 变 换器都 有 其对应 的双 向 变 换器。 在需 要进 行 电 气 隔 离所需 要双 向 场所， 一般常常用 到 阻下 几 种双 向 变 换器的拓扑 结构 形 式 ， 如图 尽久 蟆 俊 渲型 为 电 压型 拓扑 ， 通 常通 过移 项 角 来 控 制 功 率 的流向和 大 小 ， 但 是环 流能量 大 ， 它是利用 变 压器的漏 感 来 传 递 能量 ， 降 低 了 变 换 率 双 向传 输 ， 能量 正 向流动 时， 普通 全桥 上的开 关 管 玀 完 全关 断， 仅嘏 ：图 旌锨 攀剿 駾 变 换器的拓扑 结构管 玸 完 全关 断， 同 样 仅 仅 依 靠其反 并联 的二 极
7、 管参 加 整 流使 用 。 另 外 全桥 推挽 式 双 向 ， 变 换器的拓扑 也 是较 为 普遍 的结构 形 式 。 在全桥 以 正 向模式 工作时， 推挽 式 变 换器开 关 完 全关 断而 以 其反 并联 的二 极 管作为 整 流元 件参 与工作， 推挽 式 电 路 以 反 向模式 工作时， 全桥 变 换器开 关 完 全关 断同 样 也是仅 仅 依 靠其反 向并联 的二 极 管参 与整 流过程 。 随着 软开 关 技 术 与同 步 整 流技 术不断进 步 ， 在很 大 程 度 上推进 了 双 向 变 换器的发 展 ， 使 得 双 向 不断朝 着 高 效率 、 低 损 耗 、 低 成 本
8、 和 高 动 态性良好的方面飞速 发 展 。随着 我 国 电 子 工业的迅速 发 展 ， 对开 关 型 功 率 变 换器的要求也 越 来 越 高 。特别 是对大 功 率 的开 关 电 源 的可 靠性要求越 来 越 高 ， 在一些 领 域 内 开 关 电 源 的可靠性成 了 阻碍 技 术 进 步 的障碍 。 而 开关 电 源 的可靠性很 大 程度上取 决于 电 源控 制 系统 的完 善性和 有 效性。 在传 统 的开 关 电 源 中 ， 由 于 功 率 器件 工作在硬 开关 状 态， 器件 常常在商电 压下 开 通 ， 在大 电 流下 关 断， 这样 会 存 在如稳 定性差、射 频干扰 约 暗
9、绱鸥 扇 大 、 开 关 损 耗 大 、 输 出纹 波 大 、 器件 安全工作区 窄 、 电 路 对分 布 参 数 比 较 敏 感 等 缺 点 。 如果 将软开 关 技 术 和 功 率 因 数校 正 技 术 结合 起来 应 用 于 开 关 电 源 中 ， 可使 功 率 器件 在换流瞬 间 ， 实 现 零电 压开 关 换流。 这样 可降 低 开 关 电 源 开 关 损 耗 、 改 善电 网功 率 因 数 、 提 高 电 能利用 愕缪箍 9匾 葡嗫 刂 魄 攀剿 駾 变 换器功 率 。 这类 电 路 的缺 点 是不能完 全消 除电 压峰 值 ， 只 能减缓。流转 换 缤 哪 康模 奶 氐 憔 褪
10、潜浠 黄 骰 颈 至 艘 话 愕腜 删的工作方式 ， 额 外 引 入 的有 源 开 关 和 谐 振 网络 ， 只 是在主开 关 管开 通 和 关 断之 前 工作一小 段 时间 内 ， 使 主开 关 管工作在软开 关 状 态， 该 类 变 换器的另 一个优 点 就是器件 的电 压应 力 较 小 。 另 外 还 有 有 源 嵌 位双 向 变 换器和 混合 型 软开 关双 向 变 换器等 多种类 型 。 新 型 软开 关 双 向 变 换器的研究意义 和 内 容具 有 结构 简 单 、 基 极 驱 动 十 分 方便 、 简 单 ， 不需 要进 行 电 气 隔 离就 可以 直接 驱流、 欠 压保 护和
11、输 出过压、 过流、 欠 压保 护等 功 能。本 课 题在研究过程 中 主要解 决以 下 几 个问 题而 展 开 的：损 耗 ， 并拓宽 软开 关 负载 适 应 范 围 ；第 二章 双 向 变 换 器的 工 作 原理 图 臘 变 换 器的 结 构简 图 处 于 对 角的 开 关 管和同时导通 ， 和同时导通 。当 和导通 时， 电 源 电 压直 接 加在 变 压器的 原方 ， 变 压器副方 电 压与 负载 电 压一起 加在电 感上 ， 此时电 感上 承受 正向电 压。电 感中的 电 流 线 性增加 。此时功率 从 输入 侧 通 过 变 压器传 给 负载 。在 、 关 断 后 和、 开 通 前，
12、 也 就 是 所 有的开 关 器件 在 此期 间均 没有 导通 期 间， 加在 变 压器的 原方 的电 压为 零， 此时加在 图 中， 对 角的开 关 管总 是在 同一时间内 完 成 开 通 和关 断 过 程 。实 际上互 为 对 角的 开 关 管在 开 通 和关 断 的时刻不一定 要 在 同一时间段 内 完 成 ， 通 过 改变 开 关 管的通 断 时刻， 可 以 得到一族 不同的 控制策略。也 只有 通 过 改 变 开 关 管的通 断 时刻， 使变 换 器在 一定 的时段 内工 作 在 零电 压或 零电 流 状 态 下 ， 才 有 可能 实 现开 关 元件的软 开 关 。移相控制全 桥 变
13、 换 器利 用 变 压器的 漏感和功率 管两端 并联 的电 容 或 者是 功率开 关 管寄生 电 容 谐振 来 实 现零电 压开 通 和在 缓 冲电 容的作 用 下 零电 压关 断 ， 通 过 移相控制达 到对 占 空 比的 调 节， 完 成 对 输 出 电 压的 控技术 的结 合 。其工 作 原理 为 每个 桥 臂 的两个 开 关 管互 补 导通 ， 两个 桥 臂 导通 时间相差 一个 相位 ， 即移相角， 通 过 调 节移相角的 大小 来 调 整 输 出 脉 冲的 宽度 ， 从 而达 到调 节输 出 电 压的 目 的。通 过 利 用 变 压器的 漏感和开 关 管上 的寄生电 容 或 并联
14、电 容 作 为 谐振 元件 ， 和对 开 关 管上的寄生 电 容 的充电 、 放 电 过 程 。使得四 个 开 关 管依 次 在 零电 压下 开 通 ， 在 缓冲电 容 的作 用 下 关 断 ， 来 实 现开 关图 移相控制全 桥 琍变 换 器电 路 原理 图琄 为 变 压器原副边 匝比。在 时刻关 断 ， 扣 从 中转移到和支 路 中， 给 充电 ， 同时 一； 醋 斛 “ 零， 和自 然 关 断 ， 抛 和中将 流 过 电 流 。组 中寄生 电 容 电 荷 。要 实 现开 关 管的零电 压开 通 ， 必须满足 两个 条 件：的关 断 导通 的时间间隔必须要 大于 电 容 的充放 电 时间【】空 比， 即
