串联谐振软开关推挽电路研究_图文_百度文库

1、浙江大学电气工程学院硕士学位论文串联谐振软开关推挽电路研究姓名：张辉申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：马皓20080501浙江大学硕士学位论文摘要低电压输入高电压输出的直流变换器被广泛地应用在太阳能光伏发电系统、风能发电系统、燃料电池系统、车载逆变器电源等电力电子装置中。随着电力电子技术的发展，对该类型的变换器也提出了更高的要求。本文主要针对中小功率的升压变换器，对串联谐振软开关推挽电路进行了研究分析及实验。文章首先对理想工作条件下的串联谐振软开关推挽电路进行理论、仿真分析，并通过实验验证了电路损耗小、效率高的特性。三种不同的控制方案：导通时间固定、关断时间变化的调制方式，导

2、通时间变化、关断时间固定的调制方式，调制方式，被分别应用到电路中。通过理论、仿真以及实验研究，比较分析了三种控制方案的优缺点，特别是对软开关特性、输出电压调节及适用范围等问题做了细致分析。文章还对应用在串联谐振软开关推挽电路中的变压器作了一定研究分析。根据变压器的机理，对该电路中特有变压器的高变比问题和漏感问题展开分析，并提出工艺和设计原理上的相应的解决方案。为进一步实现能黉的高效转换，提出了基于双变压器结构拓扑的串联谐振软开关推挽电路，并进行了有关理论分析、仿真和实验研究。同单变压器电路相比，该电路具有开关损耗小、变压器损耗小、效率更高的优点，实验结果充分验证了以上结论。关键词：串联谐振；推

3、挽电路；零电压开通；零电流关断；双变压器浙江大学硕士学位论文，：，：，浙江大学硕士学位论文第章绪论随着国民经济的快速发展，能源短缺问题摆在了人们面前。煤、石油、天然气等传统能源由于不可再生，面临着被消耗殆尽的危险。近年来，太阳能光伏发电系统【、风能发电系鲥、燃料电池系统【以及相关的混合系统等绿色能源受到了越来越多的重视。太阳能光伏发电系统是根据光生伏打效应原理，利用太阳能电池将太阳光能转化为电能。该系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，具有设备精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便的特点。太阳能光伏发电产业迅速发展，它具有许多清洁能源的优点，在与建筑一体化的过程中，太阳电池组

4、件不仅可以作为能源设备，还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省建材，具有良好的经济效益。光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，航天器、家用电源，兆瓦级电站、玩具，光伏电源无处不在。光伏发电产品目前主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要是为广大无电地区居民提供生活生产用电，还有微波中继电源等，包括一些移动电源和备用电源：二是太阳能日用电子产品，如太阳能路灯、太阳能草坪灯具和太阳能充电器等；三是并网发电，在发达国家己经大面积推广实施。风能发电系统利用风力发电机将风能转化成电能。风能是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源，理论上仅的风能就能满足人类能源需要。风能发电具有以下的优点：第一

5、，风力发电场的建造费用低廉，比水力发电厂、火力发电厂或者核电站的建造费用低得多；第二，不需要火力发电所需的煤、油等燃料或者核电站所需的核材料即可产生电力，除常规保养外，没有其他任何消耗；第三，风能是一种洁净的自然能源，没有煤电、油电或者核电所伴生的环境污染问题。风能的利用是解决生产和生活能源的一种可靠途径，特别是对于我国的沿海岛屿、交通不便的边远区、地广人稀的草原牧场、以及远离电网的农村、边疆，具有十分重要的意义。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。燃料电池系统将化学能转化为电能。燃料电池是一种将存在于燃料与氧化

6、剂中的化学能直接变换为电能的能量转换装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置，具有发电效率高、环境污染少、适应多种燃料等优点。由浙江大学硕士学位论文于是将燃料的化学能直接转换为电能，中间不经过燃烧过程，可避免转换过程中的损失，燃料电池系统具有能量转换效率高的特点。除此之外，该系统还具有以下特点：有害的氮氧化物、硫氧化物气体排放少，有利于环境保护；通过与燃料供给装置的组合，燃料适用范围广；燃料电池电站占地面积小、建设周期短、机组容量自由度大、规模及安装地点灵活；负荷响应快，运行质量高，部分负荷时也能保持高的效率。除此之外还存在着各种混合的发电系统。考虑到地方实际情况，为充分利用自然资

7、源，可以将光伏发电同风力发电结合起来，使得在太阳能或者风能充足时都可以用来发电。也可以将燃料电池同蓄电池结合起来，为用电设备供电，确保供电的不间断。上述系统初始得到的电能形式各不相同，并且存在着输出电压幅值相对较低、随工作条件变化而变化的缺点。由于它们都将并网发电或者直接为用电设备提供能量，所以上述系统都需要一套变换器将输入的直流低压电能变换成市电或者用电设备所需要的形式。当用电设备采用交流供电时，变换器的结构框图如图所示。通常采用的是两级变换器结构，前级为变换器，用于将输入电压变换到逆变所需的中间母线电压；后级为变换器，将直流电能变换成所需的交流电能。该变换器结构同样适用于不问断电源、车载逆

8、变器电源等电力电子设备。变换器变换器图变换器结构框图在些太阳能逆变电源、车载逆变电源等场合，由于输入电压较低，变换器结构框图中的变换器为升压变换器，输入电流较大、导通损耗较大。变换器将直流电能变换为交流电能，控制技术较为成熟。为提高能源利用率，同时更好得解决变换器的散热问题，以及考虑到蓄电池、超级电容等系统的输入部分能够提供的能量有限等方面的问题，需要尽可能得提高变换器的效率，其中提高升压变换器的效率是重点之一。浙江大学硕士学位论文升压变换器拓扑分析和选择考虑到系统的电气隔离的需要，变换器一般选择隔离型的拓扑。这里对几种常用的隔离型升压变换器拓扑进行简单的分析和选择，如图所示。】血研出血卒到与

9、）反激变换器（）推挽变换器（）正激变换器（）半桥变换器（）全桥变换器图升压变换器拓扑反激变换器反激变换器如图（）所示。该拓扑是变换器的一种变形，具有结构简单、成本低廉、可靠性高、驱动电路简单等优点。反激变换器中的变压器在开关管关断时传递能量，在开关管导通时存储能量，兼具变压器和电感的双重作用。为输出足够的能量，变压器的励磁电感较小，导致一次侧和二次侧的漏感大，当开关管关断时漏感上的能量直接消耗在开关管或缓冲电路上，从而造成效率变换器效率较低。反激变换器电路简单，所用元器件少，适用于小功率的浙江大学硕士学位论文电源。由于该变换器二次侧不需要滤波电感，结构简单，所以适合多路输出的应用。反激变换器的

10、不足在于能够传输的功率较小，变压器单向励磁、利用率低，并且反激变换器不能空载运行。正激变换器正激变换器如图（）所示，拓扑结构简单、成本低、可靠性高、驱动电路简单。该变换器是在变换器的种变形。变压器起转换传输能量的作用，为降低复位绕组时消耗的能量，励磁电感应该选择比较大的。为了实现变压器磁芯的磁复位，必须采取附加复位电路的方法。由于复位绕组的存在，单管正激变换器的开关管一般需承受两倍左右的输入电压，并且占空比一般都不超过。该变换器适用于各种中小功率开关电源。正激变换器的不足在于变压器磁芯也是单向励磁、利用率低。推挽变换器推挽变换器的拓扑结构如图（）所示。该变换器结构简单，通过两个开关管的交替导通

11、实现能量的传递。推挽变换器中的变压器是双向励磁，相同尺寸的磁芯，推挽变换器可以比正激变换器传输更大的功率，利用率高。在工作过程中，输入回路中只有一个开关管的导通压降，产生的导通损耗相对较小，凶此特别适用于输入电压较低的电源系统。但是该变换器存在磁偏的问题，电路必须具有良好的对称性，否则容易引起直流偏磁导致磁芯饱和。开关管理论上承受两倍的输入电压，但由于漏感的存在，开关管关断时的电压尖峰大于该值。所以要求变压器绕组必须紧密耦合，以减小漏感，另外对开关管的耐压也提出了新的要求。推挽变换器通常适用于各种功率场合。半桥变换器半桥变换器如图（）所示。该变换器的变压器双向励磁，利用率高，不存在变压器的偏磁

12、问题，开关管相对较少，成本低。半桥变换器的不足在于存在直通问题，需要复杂的隔离型驱动或者非隔离的浮地驱动电路，可靠性低。开关管承受的最大电压为输入电压，所以半桥变换器开关管电压应力相对较低，但变浙江大学硕上学位论文压器原边在导通时只有一半的输入电压，所以不适合低输入电压场合。半桥变换器通常用于高输入电压中功率场合。全桥变换器全桥变换器如图（）所示。该变换器的变压器双向励磁，利用率高，能够传输高的功率等级，易采用软开关工作方式。开关管承受的最大电压为输入电压，电压应力低。全桥变换器的不足在于结构复杂，功率器件较多，成本高；控制及驱动复杂，可靠性低，需要多组隔离型驱动电路或者非隔离的浮地驱动电路：

13、变压器磁芯存在直流偏磁现象，桥臂存在直通的危险。在工作过程中，输入回路中有两个开关管的导通压降，所以并不适合输入电压较低的电源系统。全桥变换器一般应用在工业大功率场合。上述是几种常见的隔离型升压变换器拓扑，每种拓扑都有各自的特点及不同的应用场合。根据适用的功率等级的不同，可以将以上拓扑分成两类进行比较分析：中小功率变换器包括反激变换器、正激变换器和推挽变换器，中大功率变换器包括推挽变换器、半桥变换器和全桥变换器。中小功率变换器中，从变压器的利用率来看：推挽电路变压器双向励磁，利用率最高；正激变换器单向励磁；反激变换器单向励磁，但由于该变压器励磁电感还需要存储能量，所以利用率低。从开关管来看：推

14、挽变换器需要两个开关管，成本较高，每个开关管需承受两倍的输入电压；单管正激变换器只有一个开关管，需承受的电压同复位绕组和变压器原边的匝数比相关，一般也为两倍的输入电压；反激变换器只有一个开关管，需承受的电压为输入电压和折算到变压器原边的输出电压的和。从占空比看：理论上讲反激变换器和推挽变换器的占空比可以在到范围内变化；正激变换器考虑到去磁的需要，由复位绕组和变压器原边的匝数比决定了占空比的变化范围，一般在到的范围内变化，所以正激变换器的导通损耗相对较大。从元器件数量来看：反激变换器最为简洁；推挽变换器需要两个开关管，成本相对较高：正激变换器需要复位绕组，结构稍微复杂。上述的比较分析可以得出：相

15、对于反激变换器和正激变换器，推挽变换器具有变压器利用率高、导通损耗小、升压比高的特点，在成本允许的情况下，该拓浙江大学硕士学位论文扑是中小功率升压变换器的首选拓扑之一。中大功率变换器中，从变压器看：三种变换器的变压器都是双向励磁，利用率较高，但推挽变换器和全桥变换器存在偏磁的问题。从开关管来看：推挽变换器需要两个开关管，承受的电压为两倍的输入电压，在变压器原边输入的电压为输入电压：半桥变换器也需要两个开关管，承受的电压为输入电压，在变压器原边输入的电压为二分之一的输入电压，由于该输入的电压相对较小，所以半桥变换器一般不适用于升压变换器；全桥变换器需要四个开关管，成本相对较高，承受的电压为输入电

16、压。从驱动电路看：推挽变换器的驱动电路简洁：半桥变换器和全桥变换器需要复杂的隔离的驱动电路或者非隔离的浮地驱动电路，两种变换器都存在直通的问题。从传输的功率看：全桥变换器可以传输最大的功率。以上比较分析得到：对于升压变换器，推挽变换器具有开关管相对较少、成本低、升压比高、驱动电路简洁的优点，但当传输的功率很大时，需要考虑全桥变换器。软开关技术在变换器中的发展和应用电力电子技术的发展对电力电子产品提出了小型化、轻量化的要求，同时也对效率和电磁兼容性提出了更高的要求。在电力电子装置中，滤波电感、电容和变压器占体积和重量的很大比例，采取有效措施减小这些元器件的体积和重量是小型化、轻量化的主要途径。提

17、高开关频率可以相应的提高滤波器的截止频率，从而选用较小的电感和电容，降低滤波器的体积和重量。提高开关频率同样可以降低变压器的体积和重量。但提高开关频率的同时，开关损耗增大，感性关断、容性开通、二极管反向恢复等问题加剧，电路效率下降，电磁干扰增大。针对这些问题出现了软开关技术，它可以解决变换器中的开关损耗问题，同时也能解决由硬开关引起的问题。【】软开关技术通常是指零电压开关和零电流开关或近似零电压开关与零电流开关。【孓】在变换器设计中较早提出的软开关变换器是准谐振变换器（），因电路工作在谐振的时问只占一个开关周期中的一部分，故称为准谐振。准谐振变换器通过谐振使开关器件上的电流或电压按准正弦规律变

18、化，从而创造出零电流或零电压开关条件，极大地减小了变换器的开关损耗和开关噪声。由于准谐振浙江大学硕士学位论文变换器不能使电路中的有源开关和二极管同时具有软开关条件，因此之后又提出了多谐振变换器（）。在多谐振变换器中，由于电路中谐振拓扑和参数不止一个，故称为多谐振。在准谐振变换器和多谐振变换器中，输出电压的调节是通过调节开关频率实现的，当负载和输入电压在大范闱变化时，开关频率也需要大范围的变化，这使得变压器及滤波器的设计变得很困难。为此，又提出了变换器和变换器。这种类型的变换器，将准谐振变换器和常规的变换器相结合，通过附加的辅助有源开关阻断谐振过程，使电路在一周期内，一部分时间按或准谐振方式运行

19、，另一部分时间按方式运行，既具有软开关的特点，又具有恒频占空比调节的特点。在变换器和变换器中，谐振电感串联在主功率回路中，因此电路中总是存在着很大的环流能量，这不可避免地增加了电路的导通损耗；另外，电感储能与输入电压和输出负载有很大关系，这使得电路的软开关条件极大地依赖于输入电源和输出负载的变化。为了解决这些问题，零电压转换（）变换电路和零电流转换（）变换电路被提出。在这种类型的电路中，辅助谐振电路与主功率开关管相并联，电路中环流能量被自动地保持在较小的数值，且软开关条件与输入电压和输出负载的变化无关。】上述各种软开关变换技术在实际的变换器的设计上正在获得越来越广泛的应用，比较典型的有：零电压

20、开关或零电流开关的正激、反激或正反激组合式变换电路、全桥移相式变换电路、全桥移相式变换电路，以及采用、技术的非隔离型电路等等，所有这些应用表现出了软开关技术在变换电路中的良好应用前景。，】对软开关理论的深入研究，以及软开关技术的广泛应用，使电力电子变换器的设计出现了革命性的变化。软开关技术的应用使电力电子变换器可以具有更高的效率自身损耗大大降低，更高的功率密度自身体积、重最大大减小，以及更高的可靠性；并可有效地减小电能变换装置引起的电磁污染和环境污染，为大力发展绿色电力电子产品提供了有效的方式和方法。软开关推挽电路研究现状浙江大学硕士学位论文随着软开关理论的深入研究，软开关推挽电路也得到了新的

21、发展。，在文献】中提出了一种应用在推挽电路中的谐振电路。谐振的放置在整流二极管的输出端，该电路工作在两倍的开关频率条件下，以尽量减小谐振元件。利用变压器励磁电流和开关管漏源极寄生电容的作用，原边开关管可以工作在条件下。通过谐振电容，输出整流二极管的关断可以有效地缓冲。在输入、，输出、的条件下，电路的效率可以达到。】文献提出一种新颖的软开关推挽电路。通过在传统推挽变换器中加入一对耦合的电感，变换器能实现开通时的。在满载条件下，变换器的效率能提高。【】文献【】针对燃料电池的宽范围输出电压提出电路和推挽电路的两级升压电路。利用辅助电路，电路可以实现。推挽电路在开关管关断时，变压器原边电流给辅助电容允

22、电，电压缓慢上升，实现零电压关断；在开关管开通时，由于变压器漏感的作用，电流缓慢上升，实现零电流开通。最后一个的燃料电池供电变换器通过实验验证。【】文献文献】讨论了一种串联谐振软开关推挽电路。该电路在变压器副边串联电容。利用该电容和变压器副边漏感的谐振，在关断时，开关管能实现；利用变压器励磁电流和开关管漏源极的寄生电容，在开通时，开关管能实现。同样输出整流二极管也工作在的条件下。该电路效率高、重量轻、体积小、成本低，并且输出电压纹波小。相关的分析、仿真及实验充分验证了这一结论。【】文献幂用文献】文献【】中提到的拓扑，采用不同的控制方法，提出一种推挽电路。该电路采用调制，固定死区时间、调节导通时

23、间。开关管漏源极间并联较大的电容，以减小元件本身寄生电容参数分布不均带来的影响，从而保证开关管零电压开通。开关频率高于谐振频率，串联谐振电路呈感性，所以电路不是工作在条件下。本文的研究内容本文将对适用于中小功率的串联谐振软开关推挽电路进行了研究分析。浙江大学硕上学位论文首先将对理想工作条件下的串联谐振软开关推挽电路进行理论分析、过程推导、仿真分析及实验验证，并对开关管的选择提出一定的参考依据。在此基础上，对采取三种不同的控制方案：导通时问固定、关断时间变化的调制方式：导通时间变化、关断时间同定的调制方式；调制方式的串联谐振软开关推挽电路进行分析、仿真及实验。然后对三种控制方案以及理想工作条件下

24、的电路做比较分析，为不同工作条件下控制方案的选择提供一定依据。作为串联谐振软开关推挽电路最重要的元器件之一，变压器的特性关系到整个变换器的性能。文章将对适用于本电路的变压器的各组成部分进行比较分析，为变压器设计提供一定的参考依据。针对由低输入电压高输出电压引起的高变比问题和漏感对串联谐振的影响等，将进行分析、仿真、实验，并提出相应的解决方案。为进一步提高电路的特性，提出了基于双变压器结构拓扑的串联谐振软开关推挽电路。该电路具有开关损耗小、变压器损耗小，转换效率高的优点。文章将通过分析、仿真及同单变压器拓扑的比较对该拓扑做详细的分析，最后通过实验验证上述结论。浙江大学硕士学位论文第章串联谐振软开

25、关推挽电路理想工作条件研究推挽变换器作为变换器基本拓扑之一，结构简单，适合于低电压输入高电压输出的场合。由于变压器漏磁的存在，低压大电流输入时，开关管关断电压尖峰大；电路必须具有良好的对称性，否则容易引起直流偏置导致磁芯饱和；输入电容损耗较大。“】同时，推挽变换器需要通过提高开关频率来满足前述小型化、轻量化的要求，高频化将直接导致硬开关推挽变换器效率的下降和电磁干扰的增大。为此推挽变换器需要考虑采用软开关技术。串联谐振软开关推挽电路的工作原理文献】提出了一种串联谐振软开关推挽电路，电路原理图如图所裂。该电路建立在推挽电路的基础上，包括开关管（、），串联谐振电路（），输出整流器，输出电容（）和负

26、载（）。旁路电容（、）利用开关管漏源极间的寄生电容，串联电感（）利用变压器的副边的漏感。电路工作开关频率选择在低于并接近谐振电路（）的谐振频率。【】：厂一扣，土憎：。，而厂坳。：一斤，¨飞胖一矗，、”，图串联谐振软开关推挽电路原理图假定该串联谐振软开关推挽电路工作在理想工作条件下。理想工作条件是指电路工作的开关周期等于谐振周期与死区时间之和，其中该死区时间满足开关管漏源极问的寄生电容从零充电到最高电压或者从最高电压放电到零所需要的时间。由于输出电容较大，输出电压可以看作近似恒定不变；谐振电路损耗忽略不计。令谐振电感电流屯和谐振电容电压比的初始值分别为屯。和，则浙江大学硕士学位论文和比

27、应满足下列关系：可以解得：导魄一韭：。（）“（）半。一）（）魄一（）一（）一一）热仰兀瓜帆面，居。电路达到稳态后，开关管导通时刻串联谐振电路的压降为零。令开关管从时刻开始导通，则在导通阶段，上面两式可以简化为：拍）罢（）（）比）根据以上分析，该电路的理想工作波形如图所示。其巾、分别为开关管、漏源极间电压，为整流桥输入电压。浙江大学硕上学位论文，八八一一。、？图串联谐振软开关推挽电路理想工作波形电路可以分成个工作阶段，具体如图所示。【】工作阶段。，。】：在。时刻之前，开关管的漏源极电压，已下降到零。时刻，开关管王零电压导通，开关管处于关断状态，此时变压器副边谐振电路开始工作，谐振电流由零上升到最

28、大值后下降到零。折算到变压器原边的电流也由零卜升到最大值后下降到零，当流过开关管的电流下降到零时，关断，即实现了零电流关断。在这一工作阶段，输入端向输出端传递能量，开关管王的漏源极电压。保持为零，开关管的漏源极电压：保持在两倍的输入电压。变压器励磁电流线性增长，开关管王中流经的电流是谐振电流折算到原边的值与励磁电流的和。电流、满足下列的关系式：哳恤厅垃浙江大学硕上学位论文芒（）（）（）竿。秽讪塑掣盥其中：。为负向最大励磁电流，。为变压器原边励磁电感，生为变压器原副边变比，。为谐振电流的峰值。该工作阶段等效电路如图（）所示。工作阶段。，：】：。时刻开关管关断，开关管保持关断状态，此时输入端停止向

29、输出端传递能量，负载消耗的能量由输出电容。提供。变压器励磁电流对开关管、的漏源极间寄生电容，、他进行充放电，使。的电压由零充电到两倍的输入电压，司时的电压由两倍的输入电压放电到零。考虑到寄生电容容值很小、励磁电流足够大，充放电的时间很短暂，所以假定在充放电时间内开关管漏源极间电压呈线性变化。当他的电压降到最低点，充放电过程结束。该工作过程满足下列关系式：。）譬（）芒）（）一百（）其中：为正向最大励磁电流，满足产。一：为开关管寄生一电容，满足。由于电路是工作在假设的理想工作条件下，即死区时间满足开关管漏源极问的寄生电容从零充电到最高电压或者从最高电压放电到零所需要的时问，所以满足关系式：。普（）

30、。工作过程的等效电路如图（）所示。工作阶段【：，】：该工作阶段的工作过程同工作阶段类似，等效电路如图（）所示。浙江大学硕士学位论文工作阶段，】：该工作阶段的工作过程同工作阶段类似，等效电路如图（）所示。住厂把经恤，咖。打，卜（）工作阶段萨【二协一一【（）作阶段、盯垤暑一、（）工作阶段（）作阶段图串联谐振软开关推挽电路的不同工作阶段上述的分析中可以看到，开关管的零电流开通是由励磁电流、开关管寄生电容共同决定，满足关系式：（）普砸），（）：吒一葺（），其中励磁电流由变压器励磁电感。决定。下面对励磁电流及励磁电感。在整个开关周期中的工作过程做一分析。在图（）所示的工作阶段中，开关管导通，在不考虑开关

31、管导通压降的条件下，输入电压全部加在变压器的原边，所以：睾。这一阶段，励磁电流线性增长，如图。到。时间段所示。在图（）所示的工作阶段中，两只开关管都关断，励磁电流对开关管寄生电容进行充放电，满足关系式：浙江大学硕士学位论文嘣）。掣嘣）。掣由于开关管寄生电容小、励磁电流足够大，所以该工作阶段时间较短，励磁电流变化很小，由此假定开关管漏源极间电压呈线性变化，即上述的（）普（），（，）一等（），将其代入到公式中，可以解得：水）南。（）芒（）由此关系式可以近似得到励磁电流的变化规律：在作阶段，励磁电流从时刻开始虬逐渐上升；在半时刻达到最大值。鹄；然后逐渐下降，在：时刻回复到。图（）所示的工作阶段同工作

32、阶段类似。图（）所示的工作阶段同工作阶段类似。开关管寄生电容对开关管零电压开通的影响如下：在作阶段，开关管导通，不考虑开关管的导通压降，开关管的寄生电容，保持零电压，开关管的寄生电容：保持为。在作阶段，励磁电流对开关管、的寄生电容。、他进行充放电，由前述分析可知，在理想工作条件下，。的电压由零近似线性地充电到，同时的电压由近似线性地放电到零。作阶段同工作阶段类似。工作阶段一工作阶段类似。由上述分析可以得到，在关断时间发生变化时，为保证电路工作在理想工作条件下，可以通过调节励磁电感或者开关管寄生电容来实现。当关断时间过短时，可以减小励磁电感。以增大励磁电流，从而缩短开关管寄生电容充放电所需要的时

33、间，或者是选用寄生电容小的开关管，减少其上存储的能量，从而缩短开关管寄生电容充放电所需要的时间。当关断时间过长时，可以增大励磁电感。以减小励磁电流，从而增加开关管寄生电容充放电所需要的时间，浙江大学硕士学位论文或者是选用寄生电容，大的开关管，以增加其上存储的能量，从而增长开关管寄生电容充放电所需要的时间。由于变压器的励磁电感值分布并不是连续的，同样开关管的寄生电容值分布也不是连续的，为尽可能的实现理想工作条件，往往将两者结合起来调节。同推挽电路相比，串联谐振软开关推挽电路只需用变压器副边的漏感作为谐振电感，不需添加额外的电感，可以减小体积和成本，但该电路需要一个高频高压的谐振电容。推挽变换器中

34、，漏感的存在会引起开关管关断时的电压尖峰，导致损耗增大、电磁干扰增大、开关管也可能因此损坏，所以必须尽量减小漏感，对变压器的绕制工艺提出了新的要求。串联谐振软开关推挽电路正是利用副边的漏感作为谐振电感来实现零电压开通，对变压器绕制的要求是漏感值尽量稳定、一致。串联谐振软开关推挽电路的参数设计根据以上理想工作条件下的分析，设计一个工作在理想条件下的串联谐振软开关推挽电路，具体的特性指标如下所示：输入电压：；输出电压：；额定输出功率：。主电路的设计变压器串联谐振软开关推挽电路的工作频率设定为左右，所以磁芯选择公司的铁氧体。铁氧体可以工作在开关频率范围内，符合设计的频率要求，同时也为下一步提高开关频

35、率做好准备。变压器的励磁电感按照要求设计。磁芯结构选择。由于需要将的输入电压升压到，所以变压器副边原边绕组匝数比要在以上。考虑到开关管导通电阻上的压降和整流二极管的导通压降，副边原边绕组匝数比确定为。开关管开关管损耗是升压推挽变换器损耗的重要组成部分之一，所以必须选择合适浙江大学硕士学位论文的开关管。开关管损耗可以分为导通损耗、门极充电损耗、开关损耗等，在的条件下，导通损耗和开关损耗占较大的比重。经过分析比较，串联谐振软开关推挽电路的开关管选用公司的开关管。在壳温。时，的漏源极耐压矗为，可以承受的连续漏极电流为，满足电路设计的要求。在漏极电流，门极驱动电压时，开关管导通电阻仅为，在同类型的开关

36、管中具有很大的优势。此外考虑到零电压开通的需要，对于开关管漏源极问寄生电容的选择也有一定要求。由分析得：开关管漏源极间寄生电容充放电时间是由寄生电容和励磁流共同决定的。励磁电流由输入电压和励磁电感。决定，在开关管导通时问，满足公式：誓；在开关管关断时，励磁电流近似不变。当变压器确定后，励磁电感。也确定；元器件确定后，谐振周期也确定。所以励磁电流最终只受输入电压的影响，开关管关断时的励磁电流值同输入电压。成正比。由前述分析得：）普（），户一篑（）。所以寄生电容值选得过大，会导致充放电时问的增大。由于谐振周期是固定不变的，所以需要增大开关周期，则开关管导通时间在整个开关周期所占的比例减小从而导致电

37、流尖峰增大，开关管导通损耗增大。另外开关周期的增大会对变压器的体积提出新的要求。寄生电容值选得过小，会导致充放电时问的减小。由于实际控制芯片都有一个最小死区时间，当充放电时间小于最小死区时间，电路就不能工作在前述的理想工作条件下。的漏源极间寄生电容在额定条件下为，满足电路设计需要。整流二极管选用。该二极管满足电路设计的电压、电流要求，同时也留出了一定裕量。谐振电路浙江大学硕士学位论文由于串联谐振软开关推挽电路的谐振电感直接利用变压器副边漏感，谐振电感的设计需要同变压器绕制工艺结合起来。采用副边漏感的优势在于可以省去单独绕制的电感，从而减小变换器的体积及成本；带来的不足是由此得到的谐振电感不是很

38、稳定，在不同工作条件下的特性波动可能会大于单独绕制的电感，另外批量生产时的个体差异会比较大，不利于大批量的生产调试。变压器副边漏感值具体可以用电感表测量出来，测量时需将频率选择在电路的开关频率，否则得到的结果不会很准确。得到该值后，就可以进行后续的谐振电容的设计。谐振电容设计根据谐振频率和谐振电感进行，满足公式：二。设计中需要注意的是：谐振频率需略大于开关频率。这是因为零电流关断要求单个开关管的导通时间等于二分之一的谐振周期，而二分之一的开关周期等于单个开关管的导通时间与开关管寄生电容充放电时间的和。在确定开关频率的条件下，可以根据开关管漏源极间寄生电容值计算出电容允放电时间，然后就可以求得谐

39、振周期，进而求得谐振电容。在设计过程中还需要注意谐振电容高频高压的需求，所以一般考虑选用高频特性较好的电容。输出滤波电容输出滤波电容的设计根据输出功率进行。由于输出电压中包含高频成分，所以滤波电容需选用低等效串联电阻的电解电容，具体选取时可以依据输出纹波电压的要求。控制电路的设计推挽电路普遍采用交替式驱动信号分别驱动两个开关管，所以每个开关管的驱动信号的占空比一般不大于。在实际的两路交替式输出控制芯片中，最大占空比一般能达到以上。在串联谐振软开关推挽电路中，选用控制芯片。是一款专用于开关电源的专用：卷片，技术成熟。控制芯片的晶振频率可以在到的范围内变化，驱动信号的占空比可以达到，满足电路的需要

40、。输出端电流最大达到，可以直接驱动主电路的开关管。为实现零电压开通，必须保证控制信号的死区时间正好等于开关管漏源极问浙江大学硕士学位论文寄生电容充放电所需时间。芯片的引脚接一个放电电阻连接到引脚，调节该电阻就可以得到相应的死区时问。芯片的振荡频率近似符合公式：仁石万葫在已知和。的条件下即可确定和。需要注意的是这只是一个近似的公式，要完全实现零电流关断，还需要通过具体测试来选择合适的、。另外还需注意的是：、及的选择设计时需限定在芯片资料所列的范围内，否则容易发生异常的现象。【】串联谐振软开关推挽电路的仿真分析在经过理论分析和参数设计后，可以对电路进行进一步的仿真分析。仿真采用软件【】。软件中元器

41、件的具体的参数设置如下。开关管用电压控制开关、反并二极管、寄生电容来仿真，根据开关管的特性设置各项参数。整流二极管选用。变压器原副边匝比设定为：，原边励磁电感。谐振电感和谐振电容分别选择为岬和，所以谐振周期为一兀，谐振频率仁÷。选择开关周期。，则死工区时间为岭，满足设计的要求。输出滤波电容为心，负载为。仿真的原理图如图所示。图串联谐振软开关推挽电路仿真原理图浙江大学硕士学位论文软开关的仿真电路的仿真波形如图所示。图中依次为开关管、的驱动电压信号屹。、，电流、之，漏源极间电压。、：和变压器副边谐振电流的波形。二：二三三三至孑二羔兰！三三羔三三了：一！夕。：上！，：二：；：二二二：飞：！

42、万：？一一：。麓：专。：量：¨：，：三：爰了：。“？。二：“二：二：二三。“一：。二二：二：”、：，一¨，一“一一一，一一：图电路仿真波形图所示为开关管零电压开通仿真波形，图示依次为开关管的驱动电压信号。、漏源极间电压。，开关管的驱动电压信号、漏源极间电压：。由图可见，两个开关管的驱动电压信号都是在开关管漏源极问电压下降到零后才触发，即开关管才开始导通，所以实现了零电压开通。一：正蜀一一二三图开关管零电压开通仿真波形图所示为开关管零电流关断仿真波形，依次为开关管王的驱动电压信号一、电流，开关管的驱动电压信号、电流之。由图可见，两个开关管的驱动电压信号都是在开关管电流下降到零

43、后下降，即开关管才开始关断，所以实现了零电流关断。，、一一一一一一一一，；一一？叫。一一一一¨；丁秀，二厂¨一一二；一浙江大学硕士学位论文八；、：厂、厂八矿矿一一；一一一一：一。图开关管零电流关断仿真波形不同寄生电容的仿真在串联谐振软开关推挽电路参数设计中提到开关管寄生电容大小对软开关的影响，这也可以从软件仿真中得到验证。图所示为开关管寄生电容过大，分别等于、的仿真结果。随着寄生电容的增大，充放电所需要的时间也逐渐增大，如图（）、图（）所示，分别为“、岬。由于谐振周期保持一定，电容充放电时间逐渐增大，所以开关周期逐渐增大，开关管导通时间在整个开关周期所占的比例逐渐减小。从图

44、中可以发现电流峰值逐渐增大，图（）、图（）所示的峰值分别为、，这对开关管电流容量提出了更高要求，电流有效值也随之增大，导致开关管导通损耗的增大。蓄簟犁芝薹辜萼一，厂、豇二兰曼三兰曼王竖二叟望一二比÷一撼格（）开关管寄生电容为蓍匕竺蓝：二竺左兰三蚤鹾！：二。乏兰竺二惑堇！篮孙一÷鲰弋、吝一浏乙“。二：格开关管寄生电容为图开关管寄生电容过大时的仿真波形由上述仿真分析可以得到，开关管寄生电容过大对串联谐振软开关电路的特性会有一定影响。图所示为开关管寄生电容过小，分别等于、浙江大学硕士学位论文。，蜘，叫；、！彗！一竺警三一彗：二：；二饥蠢二二囊。二箩笙囊三；髟一、。、，乓，：凄！一；二。：、？三上一。话蓐乡军：轻孓二！二，？：。、。蜘，；！塞、二一一一二一一：坛一。一一；一，。屯二：！：，二；。：；。：。（）开关管寄生电容为（）开关管寄生电容为图开关管寄生电容过小