毕业设计(论文)开题报告-隔离变压器的软开关技术研究.docVIP

毕业设计(论文)开题报告（适用于工科类、理科类专业）课题名称隔离变压器的软开关技术研究副 标 题学院（系）电子与信息工程学院专 业电气工程及其自动化学生姓名努尔艾力马合木提学 号1028102014年3月14日一、毕业设计（论文）课题背景（含文献综述）1课题来源DC-DC直流变换器又称直流开关电源,与线性稳压器相比,具有较高的能量转换效率。隔离功率变换器已开始在新能源系统、电动汽车、计算机、手机、LED驱动等场合大量使用，并通过高频开关的方式来减小体积。高频开关通常会造成较大的功率器件开关损耗，从而影响效率和阻碍功率密度的进一步提高。本课题计划研究隔离功率变换器的软开关技术，实现功率器件开关损耗的降低和功率变换器效率的提高。2课题背景提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目标。它对便携式电子设备(如移动电话，数字相机等)尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有：一是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的电压-振动变换和振动-电压变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。二是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。硬开关双向DC-DC变换器在电流连续工作模式下会遇到严重的问题,这往往与有源开关器件的体内寄生二极管有关,因它关断过程中的反向恢复电流而产生的电流尖峰对开关器件有极大的危害。一种解决办法是采用额外串并快速二极管的方法,这样在一定程度上减小了反向恢复电流,但不足之处是除了增加半导体器件的数目外,还增加了变换器的通态损耗,对非高压应用场合中提高效率并没有贡献。为了缩小双向DC-DC变换器的体积和重量,提高其功率密度和动态性能,双向DC-DC变换器正向高频化方向发展。而高频化必然要解决好开关损耗问题,近年来国际上在双向DC-DC变换器方面的研究重点主要集中于,高频化的同时如何使用软开关技术降低其开关损耗,从而提高效率。自上世纪70年代以来，国内外电力电子和电源技术领域不断研制开发高频软开关技术，到目前为止，已提出了多种不同的软开关拓扑结构，实际应用也取得了一系列成功。软开关技术先后经历了串联或并联谐振技术（20世纪70年代）、准谐振或多谐振技术（20世纪80年代中期）、移相全桥ZVS-PWM技术（20世纪80年代末期）、 ZCT-PWM或ZVT-PWM技术（20世纪90年代初期）、全桥移相ZVZCS-PWM技术（20世纪90年代中期）等发展阶段。20世纪末,软开关技术已在国内外多种PWMDC-DC转换器中广泛应用。例如,美国VICOR公司开发的DC-DC高频软开关转换器,48V/600W输出,效率90%;日本Lambda公司采用有源钳位ZVS一PWM Fly-forward转换器及同步整流技术,可以使DC-DC转换器模块效率达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%。20世纪末,我国自用PWM技术的同类产品重量下降40%。软开关技术是由谐振变换技术发展而来的。谐振变换器是应用谐振原理,使开关电源中开关器件的电压或电流按正弦或准正弦规律变化,当电流自然过零时,使器件关断,电压为零时,使器件开通,从而使器件在关断和开通的过程中损耗接近零,这样的变换器称为软开关变换器或者谐振变换器。随着电力电子技术的发展，目前对电力电子装置的要求愈加趋向于小型化，轻量化，随着频率的提高又带来了电磁干扰、开关应力、开关损耗等问题。目前的研究仍是针对解决上述问题而进行的。到目前为止，软开关变换器基本都应用了谐振原理，在电路中并联或串联谐振网络,很可能产生谐振损耗,并使电路受到固有问题的影响。为此,人们提出了组合软开关功率变换器的理论。组合软开关技术结合了无损耗吸收与谐振式零电压、零电流技术的优点,电路中既可以存在零电压开通,也可以存在零电流关断,同时既可以包含零电流开通,也可以包含零电压关断,这四种状态可以任意组合。3选题依据、目的及工程应用价值随着各种新型应用的出现，隔离型电源要求更小的体积、更低的损耗。为了减小变换器的体积和重量,必须实现高频化，要提高开关频率,提高变换器的效率,同时增强变换器的抗干扰能力,就要减小开关损耗,其途径就是实现开关管的软开关。所以本课题要研究软开关技术。开关损耗包括开通损耗和关断损耗，减小开关损耗有以下几种方法:1.在开关管开通时,使其电流保持在零,或者限制电流的上升速率,从而减小电压与电流的交叠区,这就是所谓的零电流开通。从图1.2(a)中可以看出,开通损耗大大减小；2.在开关管开通前,使其电压下降到零,这就是所谓的零电压开通从图1.2(b)中可以看出,开通损耗基本减小到零3.同时做到1和2,在这种情况下,开通损耗为零4.在开关管关断前,使其电流下降到零,这就是所谓的零电流关断从图1.2(a)中可以看出,关断损耗基本减小到零5.在开关管关断时,使其电压保持在零,或者限制电压的上升速率,从而减小电压与电流的交叠区,这就是所谓的零电压关断从图1.2(b)中可以看出,关断损耗大大减小6.同时做到4和5,在这种情况下,关断损耗为零。 (a)零电流开关 (b)零电压开关图1.2开关管实现软开关的波形图在图1.3中给出了接感性负载时,开关管分别工作在硬开关状态和软开关状态下的开关轨迹,图中虚线为双极型晶体管的安全工作区。从图1.3(a)中可以看出,开关管在硬开关状态下的开关轨迹可能会超出安全工作区,导致开关管的损坏从图1.3(b)中可以看出,此时开关管在软开关状态下的工作条件很好,开关轨迹不会超出安全工作区。(a)硬开关状态下开关轨迹 (b)软开关状态下开关轨迹图1.3开关管的开关轨迹工程应用价值：1.有源箝位正激和普通正激比较，体积和效率能从80-85%提高到89-93%。2.磁元件体积减小以后，电路板设计也能更灵活，可以采用一些平面电路板变压器。硬开关是在控制电路的开通和关断过程中，电压和电流的变化剧烈，产生较大的开关损耗和噪声，开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降；开关噪声给电路带来严重的电磁干扰,影响周边电子设备的工作。所以我们用软开关解决上述的硬开关开关损耗、 容性开通、 感性关断、 二极管反向恢复问题等。软开关技术有以下优点：降低了开关器件的电压电流应力,软化器件的开关过程,减小了开关损耗,提高了变换器的工作效率,为变换器的高频化提供了可能性,从而大大缩小了变换器的体积重量,功率密度和动态性能得到了提高。另外,软开关技术的使用也有助于减小变换器对其它电子设备的电磁干扰。4文献综述文献1介绍了软开关技术由来和发展阶段，并介绍了软开关技术的原理，发展历程，最新研究现状和预测了发展趋势。文献2介绍了基于单片机控制下的改进型有源箝位正激变换器设计，实现宽范围电压输入，宽范围电压输出，输出电流可调等功能；具有过压保护 过流保护功能；能够较好地实现主开关管 箝位开关管的零电压开启，大大降低了开关损耗；采用同步整流技术和软开关技术进一步提高系统转换效率。说明数字电路结合有源箝位正激变换器具有的优点。文献3介绍了一种新型软开关变换器-有源箝位双管正激变换器。它通过在双管正激变换器的变压器原边并联一个有源箝位网络,以实现箝位、去磁和零电压开关等功能。给出了这种变换器电路的详细分析过程和仿真结果,并得出了一些重要结论。文献4介绍了LTC3765与LTC3766组合可以满足的应用需求。可以组成最优秀最完整的有源箝位正激控制器电路。LTC3765还包含了一些附加的保护特色 在过流保护，芯片过热保护，以便确保在正常条件下可靠的工作。文献5介绍了“复合有源钳位PWM控制双向DC-DC变换器族”和“零电压开关相移控制双向DC-DC变换器族”。 讲述了两类新型软开关双向DC-DC变换器族的产生原理,并各自通过3个新型软开关双向DC-DC变换器的实例详细说明变换器的工作原理,进行了建模分析,最后给出了电路仿真结果和实验结果。随着功率密度的提高,DC-DC变换器软开关技术取得了很多成就。如今软开关变换器都应用了谐振原理, 在电路中并联或串联谐振网络, 势必产生谐振损耗, 并使电路受到固有问题的影响。为此, 人们在谐振技术和无损耗缓冲电路的基础上提出了组合软开关功率变换器的理论。组合软开关技术结合了无损耗吸收技术与谐振式零电压技术、零电流技术的优点, 其基本原理是通过辅助管实现部分主管的零电流关断或零电压开通, 主管的其余软开关则是由无损耗吸收网络来加以实现, 吸收能量恢复电路被ZCT、ZVT谐振电路所取代, 辅助管的软开关则是由无损耗吸收网络或管电压、电流自然过零来加以实现。换言之, 即电路中既可以存在零电压开通, 也可以存在零电流关断, 同时既可以包含零电流开通, 也可以包含零电压关断, 是这四种状态的任意组合。由此可见, 由无损耗缓冲技术和谐振技术组合而成的新型软开关技术将成为新的发展趋势。二、毕业设计（论文）方案介绍（主要内容）基本的有源箝位单正激变换器如图1所示，其中开关Sa与电容Ca串联后实现变压器的有源去磁，Sa与主开关S1反相驱动，但要留一定的死区，以避免共同导通，这种去磁带来的好处是可增大电路的最大工作占控比，使主管MOSFET上的压降与输入电压的关系基本保持不变，从而可以提高变压器的变比，减小开关管压降。减少各种导通损耗，提高变换效率。它已在中小功率DCDC二次电源中得到了广泛的应用。图2是几种变型的有源箝位正激电路。图1：有源去磁正激电路图2两个有源箝位正激变换器的变型电路这个电路具有如下优点：1最大工作占空比0.5。使变压器变比(NpNs)增加，从而减少各类功率元器件的导电损耗；2合理选择变压器的激磁电感。可实现主管的ZVS或使开通损耗最小；3只要合理布线，主开关和辅助开关的管压降波形将非常光滑，从而减小EMI。开关电源技术的发展趋势是小型化，轻量化，同时对效率和电磁兼容性有很高的要求。本课题介绍的有源箝位正激式电路，能够实现零电压软开关工作模式 从而减少了开关器件和变压器的功耗，改善了电磁兼容性，在工业上有着广泛的应用前景。有源箝位正激电路的电路结构本身是具有实现软开关的潜质的。在电路中，可以利用原寄生结电容和变压器的正激电感谐振，为主开关创造零电压开通条件。高频变压器所用磁芯的尺寸是由电路的要传输的功率大小来决定的；变压器原、副边的匝比是由电路的输入、输出电压和工作电路的占空比来决定的；而原、副边具体的匝数是在确定了原副边匝比后确定的，选择的原则是使变压器磁芯工作在适当大小的条件下。因此在设计变压器的时候，要不断调节变压器初级励磁电感的大小，以便最终实现软开关技术。由于不断追求节能降耗，数字处理的高速度，更多的电子设备需要低压输出的 DC-DC 配套电源，从 12V 到 5V 再到 3.3V。当输出电压减小时输出电流就会增大，这就需要输出整流管在导通时的导通阻抗要小。正是在这样的情况下，同步整流技术更加广泛地在 DC-DC 中得到运用。同步整流技术就是用通断控制时间可以设计的功率开关管代替整流二极管而实现整流功能的技术。利用变压器副边的电压波形直接作为同步整流管的的驱动信号的自激式电路结构易于执行不过也有它的问题。输出电压过高或者过低时，变压器的副边电压都有可能不适于作为门极驱动信号驱动副边同步整流管。因此，在 DC-DC 变换器的应用中，比较适合这种直接用变压器副边的电压来驱动同步整流管的自驱动电路的场合是输出电压变化范围是3V-16V 的情况。这种方法就是利用了 MOS 管导通电阻很小的优点，在低压大电流输出的电路中可以获得远远小于二极管固有势垒电压的导通压降，从而获得更小导通损耗的目的。三、毕业设计（论文）的主要参考文献1 Elfriede Dustin. Effective Software Testing: 50 Specific Ways to Improve Your Testing. Pearson Education, 20022 徐宏喆,陈建明.UML自动化测试技术.西安:西安交通大学出版社,20063 Alessandra Cavarra, Charles Crichton, Jim Davies. A Method for the Automatic generation of Test Suites from Object ModelsJ. Information & Software Technology,20044 侯勇,张海林.自动化测试中的关键字驱动脚本技术.电子科技, 2006, (2):45-545 Elfriede Dustin, Jeff Rashka, John Paul. Automated Software Testing Introduction, Management, and Performance. Pearson Education, 20036 冯玉才,唐艳,周淳.关键字驱动自动化测试的原理和实现.计算