移相全桥变换器的设计与实现文献综述

 2021-09-25 08:09

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电源是工业生产、人们生活中不可缺少的一个重要组成部分,是不可缺少的能源。被广泛应用于军工、航空航天、工业电器、家电领域,随着科学研究和工业技术的发展,如太阳能发电系统、电动汽车电源、航空电源的发展,对电源要求不断增加,为了减轻系统的体积和质量,节省成本,提高电源效率,电源在各行各业被广泛研究。在航空、船舶、轨道交通、电动汽车等正在发展中的战略性产业中,与之相配套的电源产品是重要基础,且对电源的可靠性和效率要求越来越高,尤其对于机载、舰载、车载电源还需要减轻质量、缩小尺寸、增大功率、改善功率因数、提高动态响应和减小电流纹波。

DC/DC变换技术几十年来有了飞速的发展,在中大功率直流应用场合,移相全桥软开关变换器日益发展成为主流,也成为相关领域的一个研究热点。移相全桥ZVS变换器作为一种具有优良性能的移相全桥变换器,开关管均在零电压条件下实现软开关,开关损耗小,结构简单,控制也简单,顺应了直流电源小型化、高频化和低EMI的发展趋势。大容量也是电力电子装置的发展趋势,并联均流技术很好的解决了这一问题,不仅实现了大容量的要求,还可以进行冗余设计,保证变换器安全可靠的运行。

在DC/DC变换器中,高功率密度和大容量化是其主流发展方向之一。在一些特殊的应用领域,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DC/DC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DC/DC变换器。

2.本课题的国内外研究现状的介绍以及应用

2.1开关电源研究现状

20世纪末,软开关技术已经在国外多种PWMDC/DC变换器中广泛应用。例如美国VICOR公司开发的DC/DC高频软开关变换器,48V/600W输出,效率达到90%,功率密度达到120W/in;日本Lambda公司采用有源钳位ZVS-PWMFly-forward变换器及同步整流技术,可使DC/DC变换器模块效率达到90%。美国ETM公司开发的LCC谐振式ZCS开关电源,为行波管配套,输出11kV/1.5kW,开关频率100kHz,效率92%。进入21世纪以来,电力电子技术更以一种突飞猛进的步伐迈进,电源系统一面追求提高动态响应速度、降低功率损耗,一面又最大限度的减小体积。绿色、高效、高功率密度及智能化电源,将是开关电源发展的永恒趋势。对于开关电源系统的研究,国外发达国家和地区一直引领电源技术的发展,无论从拓扑结构、电源芯片的研制、高密度模块电源和电源元器件的研究,还是从制造工艺如厚膜电路等,目前我国主要处于引进技术和应用研究上。

2.2国内外开关电源的研究目前主要体现在以下几个方面:

①软开关技术

开关电源发展早期,电源的体积大、质量大,一直制约电源普及应用,电源小型化、轻量化备受关注,降低电源体积和质量,主要是降低储能元件如磁性元件和电容的体积和质量。目前研究的谐振、准谐振、移相和双极性控制等软开关技术,通过提高开关频率,有效地减小了电容、磁性元件的体积和质量,同时也抑制了干扰,改善了系统的动态性能。因此,软开关技术是开关电源的主要研究方向。软开关技术在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用,在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。

②高可靠性

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