开题报告-ZVS移相全桥DCDC变换器.doc

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）任务书学院： 自动化 专业班级： 电气0906班 姓名： 学号： 毕业设计（论文）题目： ZVS移相全桥DC/DC变换器 任务书含以下方面的内容：（一） 设计（论文）主要内容：查阅相关文献，了解DC/DC变换器的常用拓扑结构，并比较它们各自的优缺点，选择合适的拓扑结构。对同一种拓扑结构的不同开关器件切换方式的DC/DC变换器进行仿真，并计算拓扑电路的元件参数，这里主要是对硬开关的全桥DC/DC变换器和ZVS全桥DC/DC变换器进行仿真。了解DC/DC变换器的控制方式，设计一个DC/DC变换器的硬件电路图，其性能指标与要求为：输入电压220V/50Hz，输出电压50100V可调输出稳压，电压纹波小于0.1V。（二） 要求完成的主要任务：(1)外文资料翻译不少于20000印刷符；(2)查阅相关文献资料(中文20篇，英文5篇)；(3)撰写开题报告；(4)了解及分析DC/DC变换器拓扑结构；(5)进行DC/DC变换器设计；(6)仿真分析变换器的效率； (8)绘制的电气图纸符合国标；(9)撰写毕业设计(论文)不少于10000汉字。（三） 进度安排第1周：查阅相关资料，分析ZVS移相全桥DC/DC变换器的工作原理第2周：初步确定方案，完成开题报告第3周：确定最终方案，比较并确定最终方案第4周：做中期报告，学习相关学术论文第5周：完成硬开关移相全桥的DC/DC变换器电路参数设计 第6周：完成硬开关移相全桥的DC/DC变换器电路仿真第7周：完成软开关ZVS移相全桥的DC/DC变换器参数设计第8周：完成软开关ZVS移相全桥的DC/DC变换器电路仿真第9周：调试仿真电路并且完善电路第10周：绘制得出两种拓扑电路的输出电压波形第11周：分析比较输出电压波形的特点第12周：分析两种拓扑电路的优缺点第13周：撰写论文第14周：交与指导老师验收认证工作第15周：论文答辩（四）必读参考资料及主要参考文献1 魏海龙,刘佑宝,刘智,廖雪.一种单片高效开关DC/DC转换器的设计与实现J.武汉大学学报(工学版),2012,(第5期).2 陈程,王慧芳,徐祥柱,周泽坤,张波.一种应用于DC/DC转换器的高效PWM控制电路的设计J.中国集成电路,2011,(第8期).3 李冬超,戴庆元,林刚磊,朱红卫,邵金柱.一种应用于DC/DC转换器的自举电路设计J.电子器件,2009,(第1期).（五） 其他要求无指导教师签名： 年 月 日系主任签名： 年 月 日院长签名（章）： 年 月 日本科生毕业设计（论文）开题报告 学生姓名： 佃仁俊 导师姓名、职称： 黄亮 副教授 所属学院： 自动化学院 专业班级： 电气0907班 设计（论文）题目：ZVS移相全桥DC/DC变换器2013年3月14日武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、 目的及意义（含国内外的研究现状分析）1.1研究目的及意义 电力电子技术是由电力技术、电子技术与控制技术三个学科交叉结合而发展起来的。随着二十世纪电能应用走进了在国民生产生活的每一个角落，电力电子技术得到迅猛的发展。作为二十一世纪的关键技术之一，电力电子技术的应用领域不断拓宽，其发展逐渐进入一个日新月异的阶段。目前，电力电子技术已广泛应用于电力、工业、交通、航空航天、通讯和家用电器等领域，具有巨大的技术和经济意义。其中DC/DC变换器是电力电子技术应用的一个重要领域。DC/DC变换器广泛应用于各种电子电气设备中，是现代电子电气产品高效可行运行的重要保证。DC/DC变换器具有体积小、效率高、功率密度大等优点。因此，现代直流电源基本都采用DC/DC变换技术。随着技术的进步，以及电子产品小型化趋势的日益加强，人们对电源产品又提出了更高的要求，不仅要有稳定的输出，同时还要有更小的体积和更高的效率，这使得传统的开关型DC/DC变换器受在很大的限制。传统的DC/DC变换器的功率开关管工作在硬开关模式下，这样在开关管导通和关断的过程中，开关器件上的电压和电流在时间上存在一个交叠的过程，这样，在开关器件上便产生了相应的损耗，这也就是我们所说的开关损耗。在开关频率较低的时候，开关损耗对于DC/DC变换器的效率不会产生明显的影响，但当开关频率提高到一定程度上时，开关损耗对变换器效率的影响便不能再忽略了。解决这些问题的基本思路是发展新型的主电路拓扑结构及运行条件，改善器件的开关轨迹。通过谐振电路消除开关器件在切换过程中电压与电流的交叠，或者在电压或电流较小的情况下进行开关的状态切换，从而减小开关的切换损耗，即软开关技术。在众多的软开关变换器中，应用最广泛的是移相全桥变换器。移相全桥变换器常用于大功率的DC.DC变换器中，它的特点是电路简单，同硬开关全桥电路相比，并没有增加额外辅助开关等元件，而仅仅是增加了一个谐振电感，就使电路中的四个开关器件都在零电压条件下切换。这种变换器通过调节两个桥臂间驱动信号的相位来调节输出电压。本文所研究的ZVS移相全桥DC/DC变换器，采用具有中间逆变环节的全桥结构，通过提高开关频率，大大减小了变压器的尺寸。同时开关器件可以实现零电压切换，因此电路的损耗小，装置的效率高。1.2国内外研究现状现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和 电磁兼容性也提出了更高的要求。通常，滤波电感、电容和变压器在装置的体积和重量中占有很大的比例。从有关知识可以知道，提高开关频率可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效的降低装置的体积和重量，因此装置小型化、轻量化最直接的途径是电路的高频化。但在提高开关频率的同时也会使开关损耗随之增加，电路效率严重下降，电磁干扰也增大了，所以简单的提高开关频率是不行的。针对这些问题出现了软开关技术，它主要解决电路中的开关损耗和开关噪声的问题，使开关频率可以大幅度的增加。从理论上，各种软开关DC/DC变换器多采用谐振变换方式。谐振变换器的开关损耗和产生的电磁辐射与传统变换器相比要小得多。但谐振变换器会产生较高环流能量，需要变频控制，变换器参数难以优化设计。为了获得软开关条件且具备较低通态损耗特性，研究人员又提出了软开关-PWM变换器。它利用谐振原理，使开关以ZVS或ZCS方式换流，换流完成后变换器回到PWM模态工作。软开关变换器采用软开关换流和定频控制变换器性能获得进一步提升。移相控制全桥软开关DC/DC变换器是目前应用最广泛的软开关电路之一。桥式拓扑在大功率能量变换器方面具有优势，移相全桥软开关变换器不需要额外辅助电路，拓扑简洁，同硬开关全桥电路相比，并没有增加辅助开关等元件，而是仅仅增加了一个谐振电感，控制简单即可实现PWM。但在实际应用中也存在一些问题：1）由于串联谐振电感的存在，移相全桥变换器副边存在占空比丢失，且串联谐振电感和负载越大，输入电压越低，占空比丢失越严重；2）移相全桥变换器无法实现全范围的软开关，要求输出功率达到一定的范围；3）输出整流二极管不是工作在软开关状态，在换流时，变压器的副边存在寄生振荡。2、 基本内容和技术方案基本内容（1）分析移相全桥ZVS DC/DC变换器的基本拓扑结构和工作原理移相全桥ZVS DC/DC变换器的拓扑电路如图1所示。图1 ZVS移相全桥DC/DC变换器拓扑图和轮流导通（有一定死区），和以同样方式通断，和分别超前和角度开通，称为移相角。改变移相角即可改变变换器的输出电压。和组成的桥臂称为超前桥臂，和组成的桥臂称为滞后桥臂。每个开关器件都并联了一个电容（,），逆变电路输出串联了一个电感，高频变压器二次侧有两个绕组相同,使其输出经双半波整流后输出倍频PWM直流电压。（2）计算电路的元件参数，并使用Matlab软件进行电路仿真和分析Matlab软件是常用的仿真软件之一，具有广阔的应用前景。可以使用Matlab软件对移相ZVS DC/DC变换器电路进行相应的仿真分析。（3）设计ZVS移相全桥DC/DC变换器硬件电路在建立了电路的仿真模型并进行了仿真分析后，可以进行相关的实际电路的设计。拟解决的关键问题：1） 使滞后桥臂较容易实现ZVS；2） 减小副边占空比丢失；3） 减小输出整流管上的尖峰电压和整流损耗；拟采用的技术方案及措施（1） 文献查阅 了解移相全桥ZVS DC/DC变换器的研究现状，通过查阅近年来的期刊和相关书籍了解和掌握移相ZVS DC/DC变换器的基本拓扑结构和工作原理。同时查阅相关的数字控制技术，了解STM32F107控制器，了解相关的电流电压采样电路的基本原理和方法。（2） 系统设计与仿真数字控制移相全桥ZVS DC/DC变换器的系统框图如图2所示。图2 数字控制移相全桥ZVS DC/DC变换器系统框图 整个系统由EMI电路、输入整流桥、单相逆变桥、变频变压器、输出整流电路、输出滤波电路、电压电流采样电路、逆变桥驱动电路和控制电路组成。3、 进度安排第1周：查阅相关资料，分析ZVS移相全桥DC/DC变换器的工作原理第2周：初步确定方案，完成开题报告第3周：确定最终方案，比较并确定最终方案第4周：做中期报告，学习相关学术论文第5周：完成硬开关移相全桥的DC/DC变换器电路参数设计 第6周：完成硬开关移相全桥的DC/DC变换器电路仿真第7周：完成软开关ZVS移相全桥的DC/DC变换器参数设计第8周：完成软开关ZVS移相全桥的DC/DC变换器电路仿真第9周：调试仿真电路并且完善电路第10周：绘制得出两种拓扑电路的输出电压波形第11周：分析比较输出电压波形的特点第12周：分析两种拓扑电路的优缺点第13周：撰写论文第14周：交与指导老师验收认证工作第15周：论文答辩4、 阅读的参考文献1 魏海龙,刘佑宝,刘智,廖雪.一种单片高效开关DC/DC转换器的设计与实现J.武汉大学学报(工学版),2012,(第5期).2 陈程,王慧芳,徐祥柱,周泽坤,张波.一种应用于DC/DC转换器的高效PWM控制电路的设计J.中国集成电路,2011,(第8期).3 李冬超,戴庆元,林刚磊,朱红卫,邵金柱.一种应用于DC/DC转换器的自举电路设计J.电子器件,2009,(第1期).4 应建华,张玺,李唯,刘毅.高频PWM DC/DC 转换器设计J.华中科技大学学报（自然科学版）,2006,(第11期).5郑凯华,吴煊,孙伟锋,吴建辉.一种双输出PWM型电流模式控制的DC/DC转换器的设计J.电子工程师,2003,(第10期).6 华伟.30kW电流模式PWM控制的DC/DC功率变换器J.机车电传动,1999,(第5期).7卢伟国,周雒维,罗全明.反馈稳定控制电流模式DC/DC变换器J.电工技术学报,2011,(第3期).8史永丽,史建伟.基于电流反馈控制的 DC/DC 升压变换器J.华北工学院学报,2003,(第1期).9吴忠,刘朝辉.基于电流模式的DC/DC升压变换器非线性PI控制J.中国电机工程学报,2011,(第33期).10卢伟国,周雒维,罗全明.反馈稳定控制电流模式DC/DC变换器J.电工技术学报,2011,(第3期).11张玄,黄声华,王双红.一种数字化三相双向DC/DC变换器的设计J.电源技术,2011,(第10期).12许海平,温旭辉,孔力.全数字化双向DC/DC变换器的分析和设计J.电力电子技术,2003,(第6期).13Ali, M.;Labour, E.;Costa, F.;Revol, B. Desig