推挽变换器工作原理分析与仿真研究文献综述

 2023-08-09 04:08

文献综述(或调研报告):

DC-DC升压变换器有正激变换器、反激变换器、半桥变换器、全桥变换器和推挽变换器这几种常见的变换器。每种变换器各有优缺点,适用于不同的场合[1]。本课题主要针对推挽变换器进行研究。

推挽式电路的工作原理图如图1所示。文献[1-2]中给出了其各阶段的工作原理和波形。推挽式变换器由开关管、、变压器T、桥式整流电路、电感L、电容C等元件组成。两只管子由驱动电路控制,交替导通和截止,它们拥有相同的占空比。当一个管子导通时,输入电压通过开关管加到变压器原边,由于变压器的作用,会有两倍的电压加到截止的开关上,因此推挽电路中的开关管需要较高的耐压值[1]。

图1 推挽变换器电路拓扑

经过变压器直流电压变成高频交流电压,再经过整流电路,变成脉动的直流电压和电流,因此需要添加滤波电感和电容。滤波电感和电容的选取应该使得电感电流处于连续状态,且应该根据电流电压的纹波大小来计算[1-2]。

通过对电路的简化和理想化,可以计算出推挽电路的效率。但是由于漏感的存在,在能量传递过程中会产生损耗,所以漏感会降低变换器的效率,同时漏感的存在也会使得实际输出电压比额定值更小,这种情况可以通过建立电压闭环来控制[3]。

直流高电压电源在许多领域得到了广泛的应用,高压直流电压的产生,通常由于其后级变压器要承受高压,不易选择合适的开关器件。并且若采用单个变压器,需要较大的变比,此时漏感也较大,对输出影响较大。因此为了减小每个变压器的变比,降低漏感的影响,拟采用输入并联输出串联的结构[4]。

为了使得输出电压稳定,必须设置电压闭环控制。运用状态空间平均法,推导出推挽式电路的小信号数学模型,设计电压闭环的PI调节参数,通过Matlab/Simulingk仿真软件搭建系统的仿真模型[5-8]。

相对于其他变换器,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,该拓扑是中小功率升压变换器的首选拓扑之一。文献[9-11]详细介绍了推挽变换器在实际中的两种应用,并对其进行仿真模拟,证明了其良好的特性。其中[11]中介绍了一种小型汽车使用的DC-AC逆变器,其中运用了一种新型ZVCS准谐振推挽DC-DC变换器,转换效率非常高。但是推挽变换器也并非没有缺点,该变换器在工作时必须具有良好的对称性,否则容易引起直流偏磁。而推挽正激变换器恰好解决了这个缺点[12]。

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