软开关非线性电路作业.docx

《软开关非线性电路》结课论文软开关电源分析专业电气工程学号2013203211姓名李龙吉天津大学电气与自动化工程学院2014年9月20日软开关电源分析第一章 绪论一 背景意义1955年美国罗耶发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛发明了自激式推挽双变压器，在1964年美国科学家们提出了取消工频变压器的开关电源的设想。直到1969年终于做成了25千赫的开关电源，这一电源的问世，在世界各国引起了强烈反响，从此对开关电源的研究成了国际会议的热门课题。自20世纪60年代开始得到发展和应用的DC-DC功率变换技术其实是一种硬开关技术。60年代中期，美国已研制成20kHzDC-DC变换器及电力电子开关器件，并应用于通信设备供电。由于这种技术抛弃了50Hz工频变压器，使直流电源的重量、体积大幅度减小，提高了效率，输出高质量的直流电。到70年代初期已被先进国家普遍采用。早期开关电源的控制电路一般以分立元件非标准电路为主，经过十多年的发展，国外在1977年左右开始进入控制电路集成化阶段。控制电路的集成化标志着开关电源的重大进步。80年代初英国采用上述原理，研制了第一套完整的48V成套电源，即目前所谓的开关电源或开关整流器。70年代以来，在硬开关技术发展和应用的同时，国内外电力电子界和电源技术界不断研究开发高频软开关技术。最先在70年代出现了全谐振型变换器，一般称之为谐振变换器(Resonant Converters)。它实际上是负载谐振型变换器，按照谐振元件的谐振方式，分为串联谐振变换器(SerieSresonantConverters，SRCS)和并联谐振变换器(Parallelresonant converters，PRCS)两类。此类变换器一般采用频率调制的方法，且与负载关系很大，对负载变化很敏感，在谐振变换器中，谐振元件一直谐振工作，参与能量变换的全过程。准谐振变换器(Quasi-resonantConvertersQRCS)和多谐振变换器(Multi-resonantconverters，MRCS)出现在80年代中期。这是软开关技术的一次飞跃，这类变换器中的谐振元件只参与能量变换的某一个阶段，而不是全程。它也是采用频率调制的控制方法。80年代末出现了零开关PWM变换器(Zero switching PWM converters)。它可以分为零电压开关P恻变换器(Zero-voltage-Switching PWM converters)和零电流开关PWM变换器 (Zero-Current-Switching Pwm Coventers)。它采用的是PWM控制，谐振元件的谐振工作时间一般为开关周期的1/10--1/590年代初出现了零转换PWM变换器。它也分为零电压转换PWM变换器和零电流转换PWM变换器。它是软开关技术的又一次飞跃。其特点是变换器工作在PWM方式下，辅助谐振电路只是在主开关管开关时工作一小段时间，实现主开关管的软开关，其它时间则停止工作。其损耗很小。在环境保护意识日益加强的21世纪，电源系统的绿色化概念被提出。所谓电源绿色化首先是显著节能，因为节电可以减少发电对环境的污染;其次是电源不能(或少)对电网产生污染。事实上许多功率电子节能设备往往是电网的污染源:向电网注入严重的谐波电流，使得总的功率因数下降，使电网电压产生毛刺尖峰甚至畸变。20世纪末各种有源滤波器和有源补偿器方案诞生，有了功率校正的方法，为开关电源产品的绿色化奠定了基础。电源技术发展到今天，融汇了电子、功率集成、自动控制、材料、传感、计算机、电磁兼容、热工等诸多技术领域的精华，己从多学科交叉的边缘学科成长为独树一帜的功率电子学。电力系统中，直流系统的可靠性、稳定性及技术性能直接影响到电网的运行和设备的安全;在通信网络中，通信电源的优劣直接影响各种通信的质量和效果，因此人们极为重视电源的质量和技术性能。而研制新型电源和电源仿真的研究也就变得有十分重要的意义。在中大功率DC-DC变换器中一般采用全桥变换的电路结构，全桥变换器有两种典型的控制方式PWM控制和移相控制，PWM控制方式因为具有许多优良的性能应用十分普遍。但是由于PWM控制方式变换器中的开关器件工作在硬开关状态，每个周期都在高电压下开通，大电流下关断，器件承受的开关应力大，并在高频PWM中会产生相当可观的开关损耗，而且开关损耗随开关频率的提高而增大，使得变换器很难实现高频化，从而造成开关电源体积大以及产生严重的电磁干扰等问题。为了解决硬开关的这些问题，Divan博士提出了软开关的概念。采用软开关技术，功率器件在零电压或零电流条件下导通或关断，可以有效的降低开关损耗，理论上为零开关损耗。对于采用移相控制的软开关变换器来说，实现超前臂和滞后臂软开关方式的