开关电源的软开关技术的研究-文献综述

第1页开题报告（文献综述）1.引言软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一,它应用谐振的原理,使开关器件中的电流(或电压)按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时,使器件关断(或电压为零时,使器件开通),从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题,而且还能解决由硬开关引起的EMI等问题。2.设计目的及意义随着微电子技术和计算机技术在通信设备中的广泛应用，各类先进设备对电源装置的要求也越来越高。如今，笨重型、低效电源装置已被小型、高效电源所取代。为了实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量，必须实现开关电源的高频化。开关电源的高频化不仅减小了功率变换器的体积，增大了变换器的功率密度和性能价格比，而且极大地提高了瞬时响应速度，抑制了电源所产生新的发展趋势。开关电源的小型化、轻量化最直接的途径是提高开关频率。但在提高开关频率的同时，开关损耗也随之增加，电路效率严重下降，电磁干扰也会增大，所以简单的提高开关频率是不行的。所以开展的软开关技术研究是克服上述缺陷的一条有效途径。它主要解决电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高。近年来，人们对电源的要求也越来越高。在高效率、大容量、小体积之后，对电源系统的输入功率因数和软开关技术也提出了更高的要求。电源是给电子设备提供所需要的能量的设备，这就决定了电源在电子设备中的重要性。电子设备要获得好的工作可靠性必须有高质量的电源，所以电子设备对电源的要求日趋增高。相对于线性稳压电源来说，开关稳压电源的优点更能满足现代电子设备的要求。但是，由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率，近年来国内外的专家学者提出了众多的电路拓扑，使得软开关技术成为电力电子技术研究的热点。第2页3.发展趋势软开关电路按发展过程可以分为3个阶段，分别是：准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。3.1.准谐振电路最先出现的软开关电路是零电压零电流准谐振电路拓扑结构，它能够通过谐振来整定电压和电流的波形，使大电压和大电流不能同时出现，这样就大大减少了开关应力和功率损耗。但是它也存在自身的缺点：谐振使电压峰值很高，要求所用的器件耐压性能好；电流的有效值很大，另外，它要求对脉冲频率调制，变化的频率为电路设计造成了困难。3.2.零开关PWM电路零开关PWM电路包括零电压开关PWM和零电流开关PWM。最初的零开关PWM电路是零电压型的，它是由零电压开关准谐振电路(ZVS-QRC)的谐振电感两端接一个开关得到的。这样就把PWM技术和软开关技术结合起来，使之工作于固定的开关频率下，且开关承受的电压明显比准谐振电路中的开关承受的电压低。曾出现了一种新型的全桥软开关相移PWMDC-DC功率变换器电路，输出端采用了一个带有分接头的电感滤波器，其优点是：能够在不增加谐振电路和辅助开关器件的情况下实现软开关并使环路电流达到最小。3.3.零转换PWM电路与零开关不同的是谐振电路与主开关并联，这样可以使谐振电路受负载和输入电压的影响变小，使电路在输入电压宽范围内且负载由空载到满载内均能工作于软开关状态。最初的零电压转换电路中，换相是由与主开关或主二极管并联的吸收电容辅助完成的，而且在主开关关断期间滤波器电流方向可以使辅助电路保持不工作状态，而仅在主开关开通过程中发生作用，这样可以降低传输损耗。因此，近年来研究人员对零转换技术大为关注，出现了诸多的零转换电路拓扑结构，但是各种电路拓扑总是存在不同形式的缺陷。根据辅助电压源的不同可分为如下3类：(1)带有开关式辅助电压源型；(2)带有直流辅助电压源型；(3)带有谐振式辅助电压源型。这样便于人们对零电压转换脉宽调制技术的整体性研究探索，由于人们越来越深入地研究，必将有更多的新型电路拓扑出现。第3页软开关技术的新发展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，并希望能提高开关频率，但是目前开关器件的频率已接近于极限，并且随着频率的提高又带来了噪声污染、电磁干扰、开关应力、开关损耗等一系列问题。目前的研究仍是针对解决上述问题而进行的，最近的研究成果包括新型电路结构的出现和应用范围的不断扩大等。可实现主开关和辅助开关的零电压开关，辅助开关实现零电流开关，其主开关软换相时电流应力小，传输损耗小。这样可实现软开关并且在对称的PWM辅助电路下能在大范围内连续调节输出功率，其工作频率固定为20kHz，用在家用加热电器中具有很好的安全性和高效性。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，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4种状态的任意组合。4.设计方案本论文设计了一种基于软开关技术的开关电源。该设计了运用了PWM控制技术，并实现了零电流关断和零电压开通，降低了开关的损耗和噪声，并根据电路所需设计了滤波电路、高频变压器、控制电路、保护电路等模块组成了软开关技术的开关电源。第4页参考文献1.王增福，李昶，魏永明软开关电源原理与应用M北京：电子工业出版社，20062.倪海东，蒋玉萍开关电源专用电路设计与应用M北京：中国电力出版社，20083.冯福生，赵振民移相PWMDC/DC全桥变换器的简述和发展J煤炭技术，20084.谢秀镯基于DSP的智能通信开关电源设计及开发D大连理工大学，20075.何希才稳压电源电路的设计与应用M北京：中国电力出版社，20066.王增福软开关电源原理与应用M北京：电子工业出版社，20067.周习祥移相控制PWM全桥软开关DC/DC变换