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摘 要

随着电力半导体器件的发展，开关电源不再是傻、大、笨、重的设备，而是成为了具有智能、轻薄、短小的装置。在此过程中，开关频率得到了很大的提高。但同时损失在开关器件上的则成为了电路中较为关键的损耗，因此极大地限制了工作效率。处理这一不利因素的行之有效的手段是利用软开关技术。软开关技术是基于软开关电路实现的。

本文首先对直流变换器软开关技术的出现原因，相应电路的分类和特点进行了简单的分说明，并且对该技术的在国内外的发展过程与现状进行了阐述。然后论述了三种典型软开关电路的基本原理，理解此技术的实现方法。接着选择移相全桥零电压开关PWM电路作为研究对象，并采用软件进行仿真。最后，本文利用Saber软件搭建电路模型，仿真结果表明，该电路结构可以实现开关器件的零电压导通和关断。

关键词：软开关 直流变换器 UC3875 移相全桥

Simulation Analysis of Soft-switching Technology of DC-DC Converter

Abstract

With the development of power semiconductor devices, switching power supply is no longer big or heavy, but becomes smart and light. During this period, the switching frequency has been greatly improved. But loss in the switching device on the circuit has become a more critical loss at the same time, thus greatly limits the work efficiency. Using soft-switching technology is the effective means of dealing with this unfavorable factor. Soft-switching technology is based on soft-switching circuitry.

In this paper, the causes of the soft-switching technology of the DC-DC converter and the classification and characteristics of the corresponding circuit are briefly described. The development process and current situation of the technology are expounded at home and abroad. Then the basic principle of three typical soft-switching circuits is discussed, and the realization method of this technology is discussed. After that, the PWM circuit of the full-bridge zero-voltage switch is chosen as the research object, and the software is used to simulate. Finally, this paper uses Saber software to build the circuit model. The simulation results show that the circuit structure can realize the zero voltage conduction and turn-off of the switching device.

Keywords: soft switching; DC-DC converters; UC3875; phase- shift and full- bridge

目 录

摘 要 II

Abstract III

目 录 IV

第一章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 软开关技术的提出 1

1.3 软开关技术的工作原理 3

1.4 软开关电路的分类及其特点 3

1.4.1 准谐振电路 4

1.4.2 零开关PWM电路 4

1.4.3 零转换PWM电路 5

1.5 软开关技术的国内外发展及现状 6

1.5.1 高频逆变器 6

1.5.2 缓冲电路 6

1.5.3 谐振开关 6

1.6 论文的主要工作 7

第二章 软开关电路的工作原理 9

2.1 零电压开关准谐振电路 9

2.2 移相全桥型零电压开关PWM电路 11

2.3 零电压转换PWM电路 16

第三章 移相全桥型零电压开关PWM电路主要特点分析 19

3.1 实现ZVS的条件 19

3.1.1 超前桥臂实现ZVS的条件 19

3.1.2 滞后桥臂实现ZVS的条件 19

3.2 副边占空比丢失 20

3.3 其他改进型移相全桥零电压拓扑 21

3.4 本章小结 21

第四章 电路仿真分析 22

4.1 仿真软件Saber的简介 22

4.2 主要元件设计 22

4.3 参数设计 24

4.3.1 主电路设计 24

4.3.2 变压器设计 25

4.3.3 控制电路设计 25

4.4 芯片UC3875 26

4.4.1 主要特点 26

4.4.2 工作原理 26

4.4.3 引脚介绍 27

4.5 电路仿真 28

4.6 本章小结 30

第五章 总结与展望 31

5.1 本文总结 31

5.2 工作展望 31

参考文献 32

致 谢 34

第一章 绪论

1.1 概述

近些年以来，随着生产技术的大力发展，电力电子技术的应用已深入到各个领域，比如交通运输、电力系统、家用电器等。因而作为电力电子技术研究基础之一的功率变换技术，有着很大的使用层面。如今电力电子技术在高频开关发展趋势虽然可以有效地降低功率转换器的尺寸和质量，但是消耗在开关上的能量就会变多，进而使得电路的工作效率变得不高，电磁干扰(Electro Magnetic Interference, EMI)增大。因此如何才能够有效地减小功率开关器件的开关损耗是该领域内大家共同探讨的问题。而软开关技术的出现，则很好地解决了开关频率会产生的种种不利，使得开关频率得以大幅提升。自此软开关技术的研究成为电力电子学领域内众人热烈讨论的话题^[1]。

常规的脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM）型功率开关器件在开关频率过高时，消耗在开关上的损失逐渐成为设备损耗的主要部分。软开关技术的零电压开关或零电流开关则恰恰可以弥补其这方面的不足，使开关频率又上升了一个高度。同时在软开关方式中，功率开关器件开通前其两端的电压就已逐渐减小到零，此时线路中电感的电流也没有了，从而克服了感性关断可能面对的困难。另外，不同于硬开关的工作电路，软开关工作方式使其无需缓冲电路，就可以减弱变换器的EMI，进一步减小功率开关器件的发热体积，使功率开关器件可在不低的温度下也能稳定工作^[2]。

1.2 软开关技术的提出

根据开关管的工作模态，可以把开关分为硬开关和软开关。硬开关是指迫使开关器件在其左右两端的电压不为零时就一定开通，或流经的电流值大于零时一定要关断。硬开关技术是一种强制性的没有渐变的开关过程。由于开关器件是非理想元件，所以开通时它的两端电压和电流都不会是预想中的瞬间变化到位的状态，而是都会有一个缓慢变化的过程。那么在这个开通的过程中两者就会出现一个重复的阴影区域。该区域表明有部分能量消耗在开关器件上，即为开通损耗(Turn-on Loss)。同样的，当开关器件关断时，其两侧的电压和所流经的电流不会是理想状态下的即刻变化完成，而是有一个渐渐转变的过程。在这段时间里，两者同样的会有一个产生交集的阴影部分。该阴影表示消耗了的部分能量，这个损耗即为关断损耗(Turn-off Loss)。将在开关器件开关工作时产生的开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗(Switching Loss)^{[3, 4]}。

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